Nonlinear Optical Analysis of Molecular Composition and Dynamics within Heterogeneous Assemblies

异质组装体中分子组成和动力学的非线性光学分析

基本信息

  • 批准号:
    2305178
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With support from the Chemical Measurement and Imaging (CMI) Program in the Division of Chemistry, Professor Garth Simpson of Purdue University is developing a new imaging tool to map the chemical composition of and dynamics in heterogeneous assemblies. Understanding chemical complexity with high sensitivity and sub-micrometer spatial resolution is important for understanding the stability and bioavailability of chemical components in therapeutic materials while the presence of trace species can influence crystallization and phase transformations in two dimensional materials. Professor Simpson and his group will develop a new imaging tool based on infrared spectroscopy and molecular chirality to map the composition and translational dynamics within structurally heterogeneous assemblies. Their discoveries could lead to new approaches for extracting chemical information from images including how active molecular components are distributed in pharmaceuticals. Professor Simpson will also lead a short course on nonlinear optics and engage students in research activities.The measurement capabilities of photothermal infrared imaging will be enhanced in the fingerprinting region of the spectrum through integration of chiral spectroscopic contrast and the creation of photobleached gratings in samples. This approach is expected to resolve inhomogeneities of diffusion in traditional infrared imaging by improving both temporal and spatial resolution. By using chiral-specific spectroscopies, molecular orientation and order within microstructured assemblies will be interpreted and predicted using a mathematical framework. Chiral-specific effects predicted in the mid-infrared transmission measurements of ordered systems will then be extended to microcrystals and tissues. Finally, a spatial Fourier transform approach for fluorescence recovery after photobleaching will be used for construction of spatially-resolved maps of molecular diffusivity within heterogeneous assemblies. These local-viscosity maps have the potential to provide key details about how composition and molecular transport govern the behavior of biologically-active materials.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在化学系化学测量和成像 (CMI) 项目的支持下,普渡大学的 Garth Simpson 教授正在开发一种新的成像工具,用于绘制异质组件的化学成分和动力学图谱。以高灵敏度和亚微米空间分辨率了解化学复杂性对于了解治疗材料中化学成分的稳定性和生物利用度非常重要,而痕量物质的存在会影响二维材料中的结晶和相变。辛普森教授和他的团队将开发一种基于红外光谱和分子手性的新成像工具,以绘制结构异质组件内的组成和平移动力学。他们的发现可能会带来从图像中提取化学信息的新方法,包括活性分子成分在药物中的分布方式。辛普森教授还将主持非线性光学短期课程,并让学生参与研究活动。通过集成手性光谱对比度和在样品中创建光漂白光栅,光热红外成像在光谱指纹区域的测量能力将得到增强。该方法有望通过提高时间和空间分辨率来解决传统红外成像中扩散的不均匀性。通过使用手性特异性光谱,微结构组件内的分子取向和顺序将使用数学框架进行解释和预测。在有序系统的中红外传输测量中预测的手性特异性效应将扩展到微晶体和组织。最后,光漂白后荧光恢复的空间傅里叶变换方法将用于构建异质组件内分子扩散率的空间分辨图。这些局部粘度图有可能提供有关成分和分子运输如何控制生物活性材料行为的关键细节。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响进行评估,被认为值得支持审查标准。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Theoretical basis for interpreting heterodyne chirality-selective sum frequency generation spectra of water
解释水的外差手性-选择和频率产生谱的理论基础
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Konstantinovsky, Daniel;Santiago, Ty;Tremblay, Matthew;Simpson, Garth J;Hammes;Yan, Elsa C
  • 通讯作者:
    Yan, Elsa C
Fast Diffusion Characterization by Multiphoton Excited Fluorescence Recovery while Photobleaching
通过光漂白时多光子激发荧光恢复进行快速扩散表征
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.3c02638
  • 发表时间:
    2023-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Li, Minghe;Razumtcev, Aleksandr;Turner, Gwendylan A.;Hwang, Yechan;Simpson, Garth J.
  • 通讯作者:
    Simpson, Garth J.
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