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Helicity Preserving Cavity for Circular Dichroism Enhancement

Philip Scott – Hector Fellow Martin Wegener

Die meisten modernen Medikamente basieren auf der Einhändigkeit eines chiralen Moleküls (ein Enantiomer). In vielen Fällen, je nach Händigkeit des Enantiomers, kann das Medikament entweder positive oder schädliche Wirkungen haben, daher ist es wünschenswert, die Händigkeit feststellen zu können. Die Spektroskopie des Zirkulardichroismus (CD) kann aufgrund der unterschiedlichen Absorption von zirkular polarisiertem Licht zwischen der Händigkeit unterscheiden, leidet aber unter schwachen Signalen; daher ist ein Verfahren zur Verbesserung des Signals erwünscht.

Die Fähigkeit, die Händigkeit eines Enantiomers zu erkennen, ist wichtig, damit ein Medikament, das aus dem falschen Enantiomer besteht, nicht einem Patienten verabreicht wird, da dies schädliche Folgen haben kann. Ein Verfahren, das die Händigkeit von Enantiomeren unterscheiden kann, ist die CD-Spektroskopie, die jedoch unter schwachen Signalen der Moleküle leidet und daher lange Abtastzeiten und große Probengrößen erfordert. Aufgrund der schwachen Signale der CD-Spektroskopie würde man sich eine Lösung wünschen, die dieses Signal ohne Änderung der Probengröße verbessern kann.

In dem von Hector Fellow Martin Wegener betreuten Projekt werde ich Techniken wie HF-Sputtern und Lithographie einsetzen, um den von den Gruppen Rockstuhl und Wegener am KIT vorgeschlagenen CD-verstärkenden Hohlraum herzustellen. Der Hohlraum muss gemäß drei Konstruktionsanforderungen hergestellt werden. Es muss achiral, helizitätserhaltend sein und eine große Feldverstärkung über eine große Fläche aufweisen. Das Design für den Hohlraum besteht aus zwei Siliziumscheibenarrays, die die erste Beugungsordnung nutzen, um große helizitätserhaltende Modi zu erzeugen, während ein herkömmlicher Hohlraum die Helizität des Lichts umkehren würde, was das CD-Signal senken würde.

Ich werde zudem einen Versuchsaufbau entwerfen und bauen, um die Verbesserung der Werte des Hohlraums zu testen. Der Versuchsaufbau muss in der Lage sein, die Größe des Hohlraums und die Ausrichtung der beiden Arrays zu variieren, um der Designbedingung nicht zu widersprechen, und eine Mikrofluidikkammer besitzen, durch die die Moleküle strömen können.

Beschreibung: 3D-Modell des Siliziumscheibenhohlraums mit helizitätserhaltenden Modi. (J. Feis et al., Phys. Rev. Lett., eingereicht. (2019), mit Erlaubnis)