Die vorliegende Arbeit befasst sich im technischen Teil mit dem Aufbau und der Inbetriebnahme eines neuartigen Ramanspektrometers. Es wurden die wesentlichen Leistungsparameter des Systems untersucht und mit Erwartungen aus Simulationen verglichen. Ausserdem wurde eine Systemintegration mit Lichtquellen, Strahlengang und Justageprozeduren durchgeführt.
Weiterhin beschäftigt sich diese Arbeit mit den Möglichkeiten optischer Untersuchungsmethoden bezüglich keratinbasierter bio-organischer Materialien. Mittels spektroskopischer Ellipsometrie wurde neben allgemeinen Charakterisierungsuntersuchungen eine Studie der Hydrationsdynamik von Fingernägeln durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Studie wurden mit einem Modell bestehend aus "freiem" und "gebundenem" Wasser erklärt. Die Ellipsometrie wurde auch für eine in-vivo Tapestripping Studie verwendet, welche ein Tiefenprofil des stratum corneums lieferte und aufzeigte, das Depolarizationseffekte eine grosse Rolle bei der Ergebnisinterpretierung spielen und in Zukunft weiter untersucht werden sollten.
Das neue Ramanspektrometer wurde ebenfalls für biophysikalische Untersuchungen eingesetzt. Im tiefen UV bei 244 nm wurde eine Zerstörungsstudie an Einzelhaaren und eine Studie an Hautbiopsien durchgeführt. Motivation für Messungen in diesem Wellenlängenbereich sind Fluoreszenzuntersuchungen im Sichtbaren sowie eine ebenfalls durchgeführte Raman-Resonanzstudie an destiliertem Wasser im Wellenlängenbereich zwischen 631 und 237 nm.
Während der Studien wurden die technischen Grenzen beider optischer Aufbauten offenbar und führten u. a. zu dem Design eines neuen Periskops für das Ramanspektrometer, um die Probenpositionierung zu verbessern. Ausserdem wurden durch die Ellipsometriemessungen Grundlagen zum Aufbau eines neuartigen, speziell an biologische Systeme angepassten Ellipsometers gelegt.
This work deals in the technical part with the setup and implementing of a novel Raman spectrometer. The vital parameter of the system were investigated and compared with expectations resulting from simulations. The system was integrated with light sources, beam path and alignment procedures.
Furthermore, the possibilities of optical methods for investigating keratin-based bio-organic materials were studied. Besides basic characterization measurements, spectroscopic ellipsometry was used to conduct a study on hydration dynamics of human fingernails. The results of this study could be explained with a model incorporating "free" and "bound" water. Ellipsometry was also used to perform an in-vivo tapestripping study on human skin. This study revealed a depth profile of the stratum corneum and showed that depolarization effects play an important role in the analysis and have to be investigated further.
The new Raman spectrometer was also used for biophysical studies. A damage study on single hairs and a study on skin biopsies was conducted in the deep-UV wavelength range. Motivation for working in this wavelength range was to avoid fluorescence, which occurs when working with visible wavelengths as well as a Raman resonance study on deionized water in the wavelength range from 631 to 237 nm.
During the biophysical investigations, the technical limits of the systems became visible and led to the development of a new periscope for the Raman spectrometer to improve the sample positioning. Furthermore, the ellipsometry studies laid ground for the development of a novel, for biological samples optimized ellipsometer.