Non-invasive contactless identification and characterization of microorganisms by Raman spectroscopy and optical micromanipulations

Mgr. Silvie Bernatová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Ramanova spektroskopie (RS) od svého prvního experimentálního ověření v roce 1928 prodělala mnoho instrumentálních revolucí, které jsou nyní patrné v široké základně použití této analytické metody. Aplikační oblast RS zahrnuje obory od: Pevných látek a materiálových věd, ověření pravosti map a uměleckých děl, forenzní vědy až po biochemické a biologické aplikace. RS je hojně využívána při identifikaci neznámého vzorku pomocí tzv. fingerprintu, tj. spektrální oblasti asi od 400 do 2000 cm-1, která je jedinečná pro každou biomolekulu a mikroorganismus. Ukazuje se, že velmi výhodné je kombinovat RS s optickými manipulačními metodami, které umožňují trojrozměrné polohování pomocí zaostřených laserových svazků (tzv. Ramanovská pinzeta). Takový nástroj umožňuje nekontaktní a sterilní uchopení a manipulaci s mezoskopickými objekty (o rozměru od stovek nm do desítek um) a zároveň analyzovat manipulovaný objekt.

Abstract:

Since its discovery in 1928, Raman spectroscopy (RS) has passed through many instrumental revolutions, which manifests in the range of application fields of this analytical method. The application fields include solid state physics and materials science, authentication of maps and works of art, forensic science and biochemical and biological applications. RS is widely used for the identification of unknown specimens on the basis of so called fingerprint area - a spectral area of Raman spectra ranging from 400 to 2000 cm cm-1 which is unique for each and every biomolecule and microorganism. It seems that a combination of RS and optical manipulation techniques is very advantageous, it allows 3D relocation of the investigated object using a focussed laser beam (Raman tweezers). This tool allows contactless and sterile entrapment and manipulation of mesoscopic specimen (ranging from hundreds of nm to tens of um) and, at the same time, it makes it possible to analyse the trapped object.

Keywords

Ramanova spektroskopie, optická pinzeta, mikroorganismus, Analýza hlavních komponent, Raman spectroscopy, optical tweezers, microorganism, Principal component analyses.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 7. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 26. 9. 2017
• Supervisor: prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D.
• Reader: Mgr. Alexandr Jonáš, Ph.D., prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Wave and Partical Optics