@phdthesis{Kuestner2009,
  author    = {K{\"u}stner, Bernd},
  title     = {Wirkstoff-Substrat-Charakterisierung und Protein-Lokalisierung mittels Raman-Streuung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-40845},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, wie verschiedene Techniken zur Verst{\"a}rkung der Raman-Streuung eingesetzt werden k{\"o}nnen, um selektiv und sensitiv Wirkstoffe zu charakterisieren und Proteine zu lokalisieren. Die UV-Resonanz-Raman-Spektroskopie wurde zur selektiven Verfolgung der Wirkstoff-Substrat-Wechselwirkung zwischen einem Guanidiniocarbonyl-basierten Peptidrezeptor und seinem Substrat eingesetzt. Durch die enorme Resonanzverst{\"a}rkung der Ramanstreuung konnten in einer Bindungsstudie die spektralen {\"A}nderung bei der Komplexierung des Rezeptors mit einem Tetrapeptid bei submillimolarer Konzentration in Wasser verfolgt werden. Die oberfl{\"a}chenverst{\"a}rkte Raman-Streuung (surface-enhanced Raman scattering, SERS) wurde zur ultrasensitiven Detektion von festphasengebundenen Substanzen eingesetzt. Die selektive Verst{\"a}rkung der auf dem Harz gebundenen Substanz wurde durch aggregierte Silber-Nanopartikeln auf der Oberfl{\"a}che der Harzk{\"u}gelchen erm{\"o}glicht. So konnte auf einem einzigen Harzk{\"u}gelchen in wenigen Sekunden das SERS-Spektrum einer Substanzmenge von nur 50 fmol aufgenommen werden. In einem SERS-mikroskopischen Raster-Experiment an der Oberfl{\"a}che eines einzelnen Harzpartikels konnte die hohe Reproduzierbarkeit dieser Technik demonstriert werden. Zwei neue SERS-Marker zur Detektion von Biomolek{\"u}len werden abschließend vorgestellt. Bei beiden Marker-Typen werden die Raman-Signale von selbstorganisierenden Monolagen (self-assembled monolayer, SAM) aus Raman-Markern durch Gold/Silber-Nanoschalen als SERS-Substrat verst{\"a}rkt. Der erste neue SERS-Marker-Typ wurde mit einer SAM aus Raman-Markern mit zwei unterschiedlich langen hydrophilen Abstandshalter-Gruppen synthetisiert. {\"U}ber das Verh{\"a}ltnis von kurzem zu langem Abstandshalter kann die sterische Hinderung der Bindungsstellen in der SAM zur kontrollierten Konjugation an Antik{\"o}rper minimiert werden. Der zweite SERS-Marker-Typ beruht auf der Silicaverkapselung einer SAM auf den Gold/Silber-Nanoschalen. Die silicaverkapselten SERS-Marker konnten nach der Oberfl{\"a}chenfunktionalisierung mit Amino-Gruppen {\"u}ber heterobifunktionelle Verkn{\"u}pfungsreagenzien an Antik{\"o}rper gekoppelt werden. Beide SERS-Marker wurden zur immunhistochemischen Lokalisierung des prostataspezifischen Antigens in Prostatagewebeschnitten eingesetzt.},
  subject      = {Raman-Effekt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Szeghalmi2005,
  author    = {Szeghalmi, Adriana Viorica},
  title     = {The ground and excited state molecular structure of model systems undergoing photochemical processes and the characterization of active agents by means of vibrational spectroscopy and theoretical calculations},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11961},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {The present thesis reports about vibrational and quantum chemical investigations on model systems undergoing photochemical processes and pharmaceutically active compounds, respectively. Infrared (IR) and Raman spectroscopy were applied for the characterization of the ground state molecular structure. Moreover, resonance Raman (RR) spectra contain additional information about the resonantly enhanced excited state molecular structure. A quantitative resonance Raman intensity analysis in conjunction with the simultaneous simulation of the absorption spectra by means of time-dependent propagation methods was accomplished in order to extract valuable information about the excited state molecular structures of the investigated systems. Surface enhanced Raman scattering (SERS) allows one to determine the interaction and adsorption site of active agents on a metal substrate. Furthermore, density functional theory (DFT) and potential energy distribution (PED) calculations were carried out for an exact assignment of the vibrational spectra. Complete active space self consistent field (CASSCF) and configuration interaction (CI) calculations for some model systems were also performed to assess the experimental results on the excited state potential surfaces. The fundamentals of resonance Raman spectroscopy are treated in detail, describing the physical processes and emphasizing the theoretical methodologies which allow one to obtain the information about the resonantly excited state via an RR intensity analysis. The Brownian oscillator model to determine the solvent reorganization energy is briefly presented. Furthermore, the SERS enhancement mechanisms and selection rules to determine the orientation of the molecules adsorbed on the metal substrate are discussed. The Hartree-Fock approach to calculate the ground state geometry is expatiated, and the basic characteristics of the CI and CASSCF calculations are specified. The chapter ends with a short description of the DFT calculations. Chapter 4 deals with the investigation of the excited state intramolecular proton transfer of the model system, 1-hydroxy-2-acetonaphthone (HAN). The vibrations showing the highest displacement parameters correspond to stretching and in-plane deformation modes of the naphthalene ring and the conjugated carbonyl group, while the OH stretching mode exhibits no observable enhancement. The cooperative effect of the skeletal vibrations reduces the distance between the carbonyl and hydroxyl oxygen atoms in accordance with a general electron density redistribution. Hence, the leading force in the proton transfer process is the increase in electron density on the carbonyl group and the decrease of the negative charge on the hydroxyl oxygen. In chapter 5 the structural and vibrational characteristics of the organic mixed valence system N,N,N',N'-tetraphenylphenylenediamine radical cation (1+) are discussed. The resonance Raman measurements showed that at least eight vibrational modes are strongly coupled to the optical charge transfer process in (1+). These Franck-Condon active modes were assigned to symmetric vibrations. The most enhanced band corresponds to the symmetric stretching mode along the N-phenylene-N unit and exhibits the largest vibrational reorganization energy. Nevertheless, symmetric stretching modes of the phenylene and phenyl units as well as deformation modes are also coupled to the electronic process. The total vibrational reorganization energy of these symmetrical modes is dominant, while the solvent induced broadening and reorganization energy are found to be small. Hence, (1+) adopts a symmetrical delocalized Robin-Day Class III structure in the ground state. Chapter 6 reports about a vibrational spectroscopic investigation of a model organic photorefractive thiophene derivative, 2-(N,N-diethylamino)-5-(2',2'-dicyanovinyl)-thiophene. The geometry of the first excited state were optimized and the FC parameters were calculated using the configuration interaction with single excitations method. These calculations show that the contribution of the zwitterionic structure to the excited state is significantly higher than in the ground state. The resonance Raman spectra indicate that several stretching modes along the bonds connecting the donor and acceptor moieties as well as the S-C stretching vibrations are enhanced. Chapter 7 presents the vibrational analysis of an aziridinyl tripeptide, a cysteine protease inhibitor active drug. The vibrational analysis reveals stronger H-bonding of the aziridine NH unit in the solid state of the aziridinyl tripeptide than in the liquid electrophilic building block, indicating medium strong intermolecular H-bond interactions in the crystal unit. The amide hydrogen atoms of the aziridinyl tripeptide are involved in weaker H-bonds than in an epoxide analogon. Furthermore, the characteristic vibrational modes of the peptide backbone were discussed. Chapter 8 reports on the adsorption mechanism of two related anti-leukemia active agents, 6-mercaptopurine (6MP) and 6-mercaptopurine-ribose (6MPR) on a silver colloid. Both molecules adsorb through the N1 and possibly S atom on the metal surface under basic conditions. The SERS spectra recorded for acidic pH values showed that the ribose derivative exhibits a different adsorption behavior compared to the free base. 6MP probably adsorbs on the silver sol through the N9 and N3 atoms, while 6MPR interacts with the surface via the N7 and probably S atoms. Around critical biological concentrations and pH values i.e. at low concentrations and almost neutral condition (pH 7-9), 6MPR interacts with the substrate through both N7 and N1 atoms, possibly forming two differently adsorbed species, while for 6MP only the species adsorbed via N1 was evidenced.},
  subject      = {Photochemie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Gessner2003,
  author    = {Geßner, Ralph},
  title     = {Untersuchungen an biologischen Proben mit verschiedenen Raman- und SERS-spektroskopischen Techniken},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8626},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Erprobung geeigneter Methoden zur Raman-spektroskopischen Untersuchung empfindlicher, insbesondere biologischer Proben. Das Ziel dabei ist, ein Werkzeug zur Verf{\"u}gung zu stellen, mit dem es m{\"o}glich ist, detaillierte Informationen {\"u}ber die Inhaltsstoffe einer Probe und deren r{\"a}umlichen Verteilung zu sammeln. Diese Daten sind beispielsweise f{\"u}r die Qualit{\"a}tssicherung pharmazeutischer Produktionen notwendig. Zu diesem Zweck wurden zwei verschiedene Ans{\"a}tze verfolgt: ein Raman-Spektrometer wurde zum einen mit einer Glasfasersonde, zum anderen mit einer optischen Gradientenfalle kombiniert. Beide Ans{\"a}tze wurden getestet und mit ihnen biologische Fragestellungen bearbeitet. Die Empfindlichkeit biologischer Proben und die geringe Konzentration ihrer Inhaltsstoffe macht es dabei notwendig, besonderen Wert auf probenschonende Messverfahren und eine hohe Nachweisempfindlichkeit zu legen. Die Raman- bzw. SERS-Spektroskopie ist hierzu in der Lage und erfordert gleichzeitig nur eine minimale Probenpr{\"a}paration. Anhand der pr{\"a}sentierten Experimente konnte gezeigt werden, dass sich die SERS-Glasfasersonde besonders zur Untersuchung empfindlicher Proben eignet. Insbesondere erlaubt sie minimal-invasives Arbeiten an biologischen Materialien. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die Sonde aufgrund ihrer geometrischen Beschaffenheit eine gute Ortsaufl{\"o}sung, bis in den Sub-Mikrometerbereich, bei den Messungen erlaubt. Daher eignet sich die Fasersonde besonders zur Untersuchung von hochempfindlichen biologischen Proben bei gleichzeitig sehr geringem Probenbedarf. Mit der optischen Gradientenfalle, als zweite Methode, hat man ein Werkzeug zur Hand, mit dem es m{\"o}glich ist, einzelne Mikroorganismen oder Mikropartikel in Suspension zu vermessen. Bei Arbeit mit der optischen Gradientenfalle ist eine freie, dreidimensionale Manipulation der gefangenen Zellen im Probengef{\"a}ß m{\"o}glich. Auf diese Weise k{\"o}nnen einzelne Zellen {\"u}ber l{\"a}ngere Zeit stabil im Laserfokus gehalten werden, wodurch l{\"a}ngere Integrationszeiten m{\"o}glich werden. Außerdem kann man auf diese Weise eine Immobilisierung der suspendierten Zellen auf einer funktionalisierten Oberfl{\"a}che vermeiden, wodurch unerw{\"u}nschte Effekte auf das zu messende Spektrum, wie z. B. Verschiebungen einzelner Banden oder {\"A}nderungen in den relativen Bandenintensit{\"a}ten, ausgeschlossen werden k{\"o}nnen. Zur Untersuchung partikul{\"a}rer Verunreinigungen ist es nicht notwendig, die L{\"o}sung aus dem Gef{\"a}ß heraus zu pr{\"a}parieren. Vielmehr k{\"o}nnen die Mikropartikel durch die optische Gradientenfalle in der L{\"o}sung festgehalten und spektroskopisch identifiziert werden. Dies erm{\"o}glicht beispielsweise die Charakterisierung von Verunreinigungen in pharmazeutischen L{\"o}sungen, ohne dass daf{\"u}r Ampullen ge{\"o}ffnet werden m{\"u}ssten. Auf diese Weise k{\"o}nnen Kontaminantien identifiziert werden, ohne Gefahr zu laufen, bei der Probenpr{\"a}paration weitere Verunreinigungen zu verursachen und damit die Messungen zu verf{\"a}lschen. Durch die Kombination eines Raman-mikroskopischen Aufbaus mit der SERS-Glasfasersonde bzw. der optischen Gradientenfalle ist es gelungen, Fragestellungen an biologischen Systemen in sehr Proben-schonender, aber gleichzeitig hoch-ortsaufl{\"o}sender Weise zu bearbeiten. Durch die Verwendung nicht-kontaminierender SERS-Sonden ist es m{\"o}glich, zus{\"a}tzliche Verst{\"a}rkungseffekte zu erzielen. Die verwendeten Anregungslaserleistungen k{\"o}nnen daher generell niedrig gehalten werden. Dennoch erh{\"a}lt man aussagekr{\"a}ftige Spektren in einer akzeptablen Zeit. Die Zwei-Laser-L{\"o}sung f{\"u}r die optische Gradientenfalle stellt ein zuverl{\"a}ssiges Werkzeug zur ber{\"u}hrungsfreien Manipulation kleiner Partikel bei gleichzeitiger Flexibilit{\"a}t in Bezug auf die Anregungswellenl{\"a}nge dar.},
  subject      = {Biologisches Material},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Pavel2003,
  author    = {Pavel, Ioana-Emilia},
  title     = {Vibrational spectroscopy and density functional theory calculations, a powerful approach for the characterization of pharmaceuticals and new organometallic complexes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-7186},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {In the current work, several well-known pharmaceuticals (1,4-dihydrazinophthalazine sulfate, caffeine, and papaverine hydrochloride) and new organometallic compounds (nickel(II) cupferronato complexes NiL2An, L = PhN2O2-, n = 1, A = o-phenanthroline (1), o,o'-bipyridine (2) and n = 2, A = H2O (3), o-NH2Py (4), o-C6H4(NH2)2 (5); silylene-bridged dinuclear iron complexes [Cp(OC)2Fe]2SiX2 (X = H (6), F (7), Cl (8), Br (9), I (10)); 3-silaoxetane 3,3-dimethyl-2,2,4,4-tetraphenyl-1-oxa-3-silacyclobutane (11) and 3-silathietane 3,3-dimethyl-2,2,4,4-tetraphenyl-1-sila-3-thiacyclobutane (12) compounds), which have successfully been characterized by using vibrational spectroscopy in conjunction with accurate density functional theory (DFT) calculations, are presented. The DFT computed molecular geometries of the species of interest reproduced the crystal structure data very well and in conjunction with IR and Raman measurements helped us to clarify the structures of the compounds, for which no experimental data were available; and this, especially for the new organometallic compounds, where the X-Ray analysis was limited by the non-availability of single crystals (3, 5, 10). Furthermore, a natural population analysis (NPA) and natural bond orbital (NBO) calculations together with a detailed analysis of the IR and Raman experimental as well as calculated spectra of the new organometallic compounds, allowed us to study some special bonding situations (1-12) or to monitor the structural changes observed with the change in temperature during the Raman experiments (11, 12). By combining these two methods (DFT and vibrational spectroscopy), the auspicious results obtained on the organometallic compounds 6-12 and overall in literature, made us confident of the power of theoretical calculations in aiding the interpretation of rich SERS spectra by solving some interesting issues. Consequently, the Raman and SERS spectra of well-known pharmaceuticals (1,4-dihydrazinophthalazine sulfate, caffeine, and papaverine hydrochloride) or new potentially biological active organometallic complexes (1-5), that were synthetized by our coworkers, were discussed with the assistance of the accurate results obtained from DFT calculations (structural parameters, harmonic vibrational wavenumbers, Raman scattering activities), and many previous incomplete assignments have been analyzed and improved. This allowed us to establish the vibrational behavior of these biological compounds near a biological artificial model at different pH values or concentrations (Ag substrate), taking into account that information about the species present under particular conditions could be of great importance for the interpretation of biochemical processes. The total electron density of molecules and the partial charges situated on selected atoms, which were determined theoretically by NPA, allowed us to establish the probability of different atoms acting as an adsorptive site for the metal surface. Moreover, a closer examination of the calculated orbitals of molecules brought further arguments on the presence or absence of the photoproducts at the Ag surface during the irradiation (1,4-dihydrazinophthalazine sulfate). Overall, the results provide a benchmark illustration of the virtues of DFT in aiding the interpretation of rich vibrational spectra attainable for larger polyatomic adsorbates by using SERS, as well as in furnishing detailed insight into the relation between the vibrational properties and the nature of the Ag substrate-adsorbate bonding. Therefore, we strongly believe that theoretical calculations will become a matter of rapidly growing scientific and practical interest in SERS.},
  subject      = {Arzneimittel},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Roesch2002,
  author    = {R{\"o}sch, Petra},
  title     = {Raman-spektroskopische Untersuchungen an Pflanzen und Mikroorganismen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-3539},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {In dieser Arbeit werden Pflanzen, Pflanzengewebe, Pflanzenzellen und Mikro-organismen spektroskopisch untersucht und ihre Inhaltsstoffe unter minimaler Probenpr{\"a}paration im biologischen Gewebe direkt lokalisiert und identifiziert. Unter den verf{\"u}gbaren Schwingungs-spektroskopischen Methoden ist die Mikro-Raman-Spektroskopie f{\"u}r diese Fragestellungen besonders gut geeignet, da Wasser Raman-Spektren nur wenig beeinflusst. Daher kann mit Raman-spektroskopischen Methoden auch in stark wasserhaltigem Gewebe gemessen werden. Weiterhin erh{\"a}lt man mit der Mikro-Raman-Spektroskopie eine gute r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung im sub-µm-Bereich, wodurch es m{\"o}glich ist, heterogene Proben zu untersuchen. Dar{\"u}ber hinaus kann die Mikro-Raman-Spektroskopie mit anderen Methoden, wie z. B. der oberfl{\"a}chenverst{\"a}rkten Raman-Spektroskopie (SERS), kombiniert werden. In pflanzlichen Zellen liegt eine Vielzahl von Substanzen in geringen Konzentrationen vor. Aufgrund der niedrigen Quantenausbeute des Raman-Effekts treten vor allem Substanzen, die eine Resonanz-Verst{\"a}rkung erfahren, in den Spektren hervor. Diese Substanzen, wie z. B. b-Carotin, k{\"o}nnen deshalb in geringen Konzentrationen detektiert werden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Untersuchung von Sekund{\"a}r-Metaboliten wie Alkaloiden, Lipiden oder Terpenen, die in der Pflanze agglomerieren. Neben der Identifikation von Inhaltsstoffen, k{\"o}nnen die Raman-Spektren von Pflanzen f{\"u}r die chemotaxonomische Klassifizierung mit Hilfe der hierarchischen Clusteranalyse verwendet werden. Die Identifizierung von Mikroorganismen auch in sehr geringen Mengen (Monolage, einzelne Zellen) ist mit der Mikro-Raman-Spektroskopie nur unter bestimmten Voraussetzungen durchf{\"u}hrbar. F{\"u}r weitergehende Untersuchungen wird hier die SERS-Sonde oder ein TERS-Aufbau verwendet werden.},
  subject      = {Pflanzen},
  language  = {de}
}