Untersuchung molekularer Erkennungsreaktionen mit einem integriert-optischen Mach-Zehnder-Interferometer

Abstract (deutsch)Zielsetzung des Dissertationsvorhabens war die Beobachtung und Analyse von Gast-Wirt-Wechselwirkungen an oxidischen Oberflächen. Einer der Wechselwirkungspartner sollte dabei auf der Oberfläche immobilisiert, der andere in wäßriger Lösung darüber vorliegen.Eine empfindliche und oberflächensensitive Methode zur Beobachtung der Anlagerung unmarkierter Moleküle ist die Wellenleiterspektroskopie, insbesondere mit dem hier verwendeten und weiterentwickelten integriert-optischen Mach-Zehnder-Interferometer in Siliziumtechnik (Siliziumoxynitrid auf oxidiertem Siliziumwafer). Mit Hilfe des Interferometers wurden unterschiedliche Wirt-Gast-Systeme untersucht. Grundlage der Immobilisierung war jeweils die Funktionalisierung der Sensoroberfläche durch Selbstadsorption von Organosilanen. Durch unterschiedliche Organosilane, die zum Teil im Rahmen dieser Arbeit synthetisiert wurden, ließen sich die Wirtmoleküle beta-Cyclodextrin, Streptavidin, sowie unterschiedliche monoklonale Antikörperfragmente immobilisieren.- Der Einfluß der Oberfläche auf die Bindungsstärke des Wirtmoleküls beta-Cyclodextrin und unterschiedlicher Gastmoleküle wurde konzentrationsabhängig untersucht.- Silan-Biotinderivate mit unterschiedlicher Streptavidin-Affinität wurden an die Oberfläche immobilisiert und die Adsorption von Streptavidin an die Biotinderivate beobachtet. Dabei konnte unter anderem nachgewiesen werden, daß das Streptavidinadsorbat gequollen ist.- Als mögliche Anwendung wurde geprüft, ob das vorgestellte Interferometer durch die Funktionalisierung mit Antikörperfragmenten als Biosensor in Frage kommt. Es konnte nachgewiesen werden, daß sich Antikörper auf der Sensoroberfläche immobilisieren lassen und Antigene spezifisch an diese Antikörper adsorbieren.

Ein neuartiges Interferometer zur Messung magneto-optischer Effekte an L-Absorptionskanten von ferromagnetischen Metallen mit linearpolarisierter Undulatorstrahlung

Am Mainzer Mikrotron MAMI wurde ein neuartiges Interferometer entwickelt und getestet, mit dem magneto-optische Effekte an dünnen, freitragenden Folien von 3d-Übergangsmetallen wie Eisen, Kobalt oder Nickel an den L_{2,3}-Absorptionskanten (im Spektralbereich der weichen Röntgenstrahlung) gemessen werden können. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung eines an MAMI erprobten Interferometers, das im wesentlichen aus einer kollinearen Anordnung zweier identischer Undulatoren, zwischen die die dünne Probefolie eingebracht wird, und einem Gitterspektrometer besteht. Aus den als Funktion des Abstands der Undulatoren beobachtbaren Intensitätsoszillation lassen sich das Dekrement des Realteils δ und der Absorptionskoeffizient β des komplexen Brechungsindex bestimmen.rnIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Apparatur derart weiterentwickelt, dass auch die magnetisch zirkulare Doppelbrechung Δδ und der magnetisch zirkulare Dichroismus Δβ an den L_{2,3}-Absorptionskanten von Übergangsmetallen gemessen werden können. Der zweite Undulator wurde um die Elektronenstrahlachse um den Winkel Ψ = ±107° drehbar gemacht. Damit dient er auch als Analysator der aus der Folie austretenden elliptisch polarisierten weichen Röntgenstrahlung, für die - wie bei der Faraday-Rotation - die Polarisationsebene gedreht ist. Weiterhin kann die Spaltbreite der 10-poligen Hybrid-Undulatoren mit einer Periodenlänge von 12 mm und damit der Undulatorparameter über eine Antriebsmechanik kontinuierlich variiert werden, wodurch eine optimale Anpassung der Amplituden der Undulatorstrahlung aus den beiden Undulatoren möglich wird. Der maximale Undulatorparameter beträgt K = 1.1. Auch das Spektrometer, das auf einem selbstfokussierenden Gitter mit variierter Liniendichte (im Mittel 1400 Linien / mm) basiert, wurde weiterentwickelt. Als Detektor kommt jetzt eine fensterlose CCD mit 1024 x 1024 Pixeln und einer Pixelgröße von 13 μm x 13 μm zum Einsatz, die im Bildmodus betrieben wird, was die gleichzeitige Messung eines Energieintervalls von ca. 50 eV ermöglicht. Die totale Linienbreite wurde bei einer vertikalen Strahlfleckausdehnung von σ_y = 70 μm (rms) am Neon 1s-3p Übergang bei (867.18 ±0.02) eV zu Δħω = (0.218 ±0.002) eV (FWHM) gemessen. Das hohe Auflösungsvermögen von 4000 und die Möglichkeit der Eichung gegen den 1s-3p Übergang von Neon wurden ausgenutzt, um die Energie der Maxima an den Absorptionskanten von Nickel (weiße Linien) neu zu bestimmen. Die Ergebnisse E_{L_2}=(869.65_{-0.16}^{+0.27}) eV und E_{L_3}=(852.37_{-0.11}^{+0.16}) eV stellen eine Verbesserung früherer Messungen dar, die große Streuungen aufwiesen.rnAus systematischen Messungen als Funktion des Abstandes der Undulatoren und des Drehwinkels Ψ wurden die magnetisch zirkulare Doppelbrechung Δδ im Energiebereich 834 eV ≤ ħω ≤ 885 eV an einer freitragenden, bis zur Sättigung magnetisierten Nickelfolie der Dicke von (96.4 ±2.7) nm gemessen. Sowohl das Auflösungsvermögen als auch die Genauigkeit der Messungen für Δδ übersteigen bekannte Literaturangaben signifikant, so dass eine bisher nicht bekannte Feinstruktur gefunden werden konnte. Außerdem wurde der Betrag des magnetisch zirkularen Dichroismus |Δβ| im Bereich des Maximums an der L_3-Absorptionskante mit hoher Genauigkeit gemessen.rn

Sideband-Ratio and Harmonic Response of Sub-Millimeter Wave Mixers measured with a Martin Puplett Interferometer

Heterodyne receivers at millimeter and submillimeter wavelength are widely used for radiometric spectral line observations for atmospheric remote sensing or radio astronomy. The quantitative analysis of such observations requires an accurate knowledge of the mixers's sideband ratio. In addition, its potential sensitivity to spurious harmonics needs to be well understood. In this paper, we discuss a measurement technique for these receiver characteristics, which is based on a scanning Martin Puplett Interferometer used in conjunction with a wide band digital autocorrelation spectrometer for the analysis of the intermediate frequency band. We present measurement results of different double sideband and sideband separating mixers, which were developed for the proposed 340GHz multi-beam limb sounder STEAMR.

High birefringence fibre interrogating interferometer for optical sensing applications

The use of high birefringence fibre forming a differential path interferometer as an interrogation unit for heterodyne fibre optic sensing applications is described.

High stability interleaved fibre Michelson interferometer for on-line precision displacement measurements

A self-reference fiber Michelson interferometer measurement system, which employs fiber Bragg gratings (FBGs) as in-fiber reflective mirrors and interleaves together two fiber Michelson interferometers that share the common-interferometric-optical path, is presented. One of the fiber interferometers is used to stabilise the system by the use of an electronic feedback loop to compensate the influences resulting from the environmental disturbances, while the other one is used to perform the measurement task. The influences resulting from the environmental disturbances have been eliminated by the compensating action of the electronic feedback loop, this makes the system suitable for on-line precision measurement. By means of the homodyne phase-tracking technique, the linearity of the measurement results of displacement measurements has been very high.

High birefringence fibre interrogating interferometer for optical sensing applications

The use of high birefringence fiber interrogating interferometer for optical sensing applications was discussed. The method is of low cost and permits simple adjustment of the optical path difference and has much lower sensitivity to environmental perturbation. The polarization-maintaining (PM) fiber interferometer adopted a heterodyne approach using interferometric wavelength shift detection. The study showed that the inclusion of power amplifier driving a multi-element piezoelectric stack will enable the bandwidth to be pushed up into the kHz regime.

High stability multiplexed fiber interferometer and its application on absolute displacement measurement and on-line surface metrology

We propose a self-reference multiplexed fibre interferometer (MFI) by using a tunable laser and fibre Bragg grating (FBG). The optical measurement system multiplexes two Michelson fibre interferometers with shared optical path in the main part of optical system. One fibre optic interferometer is used as a reference interferometer to monitor and control the high accuracy of the measurement system under environmental perturbations. The other is used as a measurement interferometer to obtain information from the target. An active phase tracking homodyne (APTH) technique is applied for signal processing to achieve high resolution. MFI can be utilised for high precision absolute displacement measurement with different combination of wavelengths from the tuneable laser. By means of Wavelength-Division-Multiplexing (WDM) technique, MFI is also capable of realising on-line surface measurement, in which traditional stylus scanning is replaced by spatial light-wave scanning so as to greatly improve the measurement speed and robustness.

High birefringence fibre interrogating interferometer for optical sensing applications

We describe the use of high birefringence fibre forming a differential path interferometer for heterodyne fibre optic sensing applications. We firstly recover a low frequency strain amplitude of 1µe at 1Hz applied to a fibre Bragg grating sensor demonstrating a noise limited resolution of around 100ne/vHz. Secondly we interrogate a Mach-Zehnder interferometer sensor using the dual wavelength technique to detect a change in the Mach-Zehnder OPD of 200µm.

High stability multiplexed fibre interferometer and its application on absolute displacement measurement and on-line surface metrology

We propose a self-reference multiplexed fibre interferometer (MFI) by using a tunable laser and fibre Bragg grating (FBG). The optical measurement system multiplexes two Michelson fibre interferometers with shared optical path in the main part of optical system. One fibre optic interferometer is used as a reference interferometer to monitor and control the high accuracy of the measurement system under environmental perturbations. The other is used as a measurement interferometer to obtain information from the target. An active phase tracking homodyne (APTH) technique is applied for signal processing to achieve high resolution. MFI can be utilised for high precision absolute displacement measurement with different combination of wavelengths from the tuneable laser. By means of Wavelength-Division-Multiplexing (WDM) technique, MFI is also capable of realising on-line surface measurement, in which traditional stylus scanning is replaced by spatial light-wave scanning so as to greatly improve the measurement speed and robustness. © 2004 Optical Society of America.

Toward Self-Organising Service Communities

This paper discusses a framework in which catalog service communities are built, linked for interaction, and constantly monitored and adapted over time. A catalog service community (represented as a peer node in a peer-to-peer network) in our system can be viewed as domain specific data integration mediators representing the domain knowledge and the registry information. The query routing among communities is performed to identify a set of data sources that are relevant to answering a given query. The system monitors the interactions between the communities to discover patterns that may lead to restructuring of the network (e.g., irrelevant peers removed, new relationships created, etc.).