Nonlinear optics in amyloid plaques and two-dimensional materials

Abstract

O estudo de interações luz-matéria é uma ampla área de pesquisa, descrevendo processos ópticos desde a reflexão em superfícies especulares em óptica geométrica até a dinâmica de átomos e fótons em eletrodinâmica quântica de cavidades. Dentro desse quadro está a óptica não linear, que engloba fenômenos que surgem devido à incidência de campos intensos na matéria. Uma vez que este ano marca sessenta anos desde o nascimento da óptica não linear moderna, a pesquisa nesta área evoluiu para diferentes tópicos, de estudos fundamentais a aplicações em ciência dos materiais e até em biomedicina. Esta tese está no escopo do último grupo: óptica não linear experimental para imageamento de tecidos biológicos e materiais bidimensionais (2D). Primeiro apresentamos um estudo baseado em imageamento multimodal para caracterização histopatológica de placas de beta-amilóide (Aß) em um modelo animal de doença de Alzheimer (AD). Sem a utilização de marcadores exógenos, exploramos a fluorescência por excitação por dois fótons (TPEF), geração de segundo harmônico (SHG), espalhamento Raman espontâneo (SpRS), espalhamento Raman anti-Stokes coerente (CARS) e espalhamento Raman estimulado (SRS) para descrever e comparar imagens de placas de Aß, principal traço da AD, em tecidos cerebrais de camundongos transgênicos. As imagens obtidas permitem localizar diferentes estruturas da placa de forma confiável e discutir a origem ainda pouco clara da SHG na placa. Também estudamos a viabilidade do imageamento SRS da placa com base em dois biomarcadores ópticos intrínsecos inexplorados com técnicas de espalhamento Raman coerente (CRS). Em um segundo trabalho, estudamos os efeitos de mudanças estruturais em um material 2D sobre a SHG. Em particular, estudamos modificações ópticas induzidas por defeitos em nitreto de boro hexagonal (h-BN). Realizando imageamento e espectroscopia de luminescência por excitação por um fóton (1PL), encontramos flocos de h-BN defeituosos cuja SHG exibiu desvios do comportamento esperado para o h-BN puro. Nossos resultados mostram que os defeitos modificam o perfil de intensidade, dependência de polarização e eficiência da SHG no h-BN. Além disso, caracterizamos a susceptibilidade de segunda ordem do h-BN com defeitos com um valor de uma ordem de grandeza maior que para o h-BN puro.