Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Използването на наночастици за изследване на биологични обекти

<== предишна статия | следващата статия ==>

Ефектът от плазмонния резонанс.

Плазмонът е квазичастица , която съответства на квантуването на плазмени колебания, които са колективни осцилации на свободен електронен газ.

Магическият блясък на златото (както и на други метали) се дължи на отражението на светлината от повърхностни плазмони, квазичастици, произтичащи от квантуването на колективни колебания на свободни електрони в метал.

Наночастиците от злато (резонатори) имат плазмонна резонансна честота, сравнима с пика на оптичната плътност на много металопротеини.

Пласмонът играе голяма роля в оптичните свойства на металите. Светлината с честота под плазмената честота се отразява, тъй като електроните в метален щит представляват електрическо поле в лека електромагнитна вълна. Светлината с честота по-висока от плазмената честота преминава, защото електроните не могат да реагират достатъчно бързо, за да го защитят.

В повечето метали плазмената честота е в ултравиолетовата област на спектъра, което ги прави блестящи във видимия диапазон. В допирани полупроводници, плазмената честота обикновено е в ултравиолетовата област.

Плазмонната енергия може да бъде оценена в модела на почти свободните електрони като:

, (12. 1)

където п е плътността на валентните електрони, е е елементарният заряд, m е масата на електрона и - диелектрична константа на вакуума.

Повърхностните плазмони силно взаимодействат със светлината, което води до образуването на поляритони . Те играят роля в повърхностното усилване на раманово разсейване на светлината и в обяснението на аномалии в дифракцията на металите. Повърхностният плазмен резонанс се използва в биохимията за определяне на присъствието на молекули на повърхността.

Плазмоните се разглеждат като средство за предаване на информация в компютърните чипове , тъй като кабелите за плазмони могат да бъдат много по-тънки от обикновените кабели и могат да поддържат много по-високи честоти (в режим 100 THz, докато конвенционалните кабели имат големи загуби дори при 10 GHz ).

Те също са предложени като средство за литография и микроскопия с висока резолюция поради техните изключително малки дължини на вълните. И двете приложения са успешно демонстрирани в лаборатории.

Повърхностният плазмен резонанс възниква на металната повърхност при пълно вътрешно отражение и се характеризира с определен ъгъл на отражение и следователно индекс на пречупване.

Този ефект, който се появява на повърхността на метален филм, се разпространява дълбоко в разтвора, разлагайки се експоненциално като функция на разстоянието. Взаимодействията между молекулите променят затихната вълна, което води до промяна в характеристиките на повърхностния плазмон, които се изразяват в промени в резонансния ъгъл и рефракционния индекс в повърхностния слой. Промяната в коефициента на пречупване се използва за преценка на взаимодействието на светлината с биомолекулите.

Фиг. 12.5 Феноменът на повърхностния плазмен резонанс.

Оптичната спектрометрия дава възможност да се изследват протеини, които имат оптична плътност във видимия диапазон на електромагнитно излъчване (хромопротеини) чрез измерване на абсорбцията на светлината при определени („характерни“ за специфични молекули) дължини на вълните. За такива измервания обаче са необходими доста високи концентрации на протеини и пространствената разделителна способност на този метод е много ниска (обикновено се изследват разтвори на молекули, разположени в спектрометрични кювети и където изследваните молекули се намират точно в клетката).

Много по-чувствителни са методите, основаващи се на измерване на флуоресценцията (заедно с конфокалната микроскопия, те могат да определят местоположението на молекулите вътре в живата клетка), но тук е необходимо да се модифицират изследваните молекули със специални молекули за маркиране, което не винаги е желателно и възможно.

Друг метод, който често се използва в биологията - ядрено-магнитна резонансна спектроскопия - също изисква доста големи концентрации на протеин и често изотопно маркиране на обект, който е сложен в живите системи.

Предложеният метод се основава на въвеждането на наноскопични златни частици с контролиран размер (20-30 nm) в живи клетки. Електроните на повърхността на частици от такива метали като злато или сребро колебаят колективно в отговор на облъчване със светлина с определена дължина на вълната - това явление е известно като плазмон резонанс . Резонансните честоти на тези наночастици са много по-лесни за регистриране, отколкото слаб (поради много ниски концентрации) оптичен сигнал от биологични молекули, който позволява измервания.

Измерванията се основават на феномен, наречен миграция на плазмон резонансна енергия (МЕПР), която е, че протеиновите молекули, адсорбирани на повърхността на златните частици, изглежда „издърпват“ част от плазмонната резонансна енергия в себе си, което е сравнително лесно да се регистрира чрез специфични „спадове“. в спектрите на разсейване "взети" от тези частици.

Основното условие за този ефект е припокриването на плазмонната резонансна честота и честотите на оптичната абсорбция на протеина, изискване, подобно на наложеното в по-широко известния метод на резонансен енергиен трансфер на флуоресценция. Именно това условие определя, че частиците се състоят от злато и техния размер (частиците с такъв размер имат пик на плазмон резонанс в областта 530-580 nm, припокривайки обхвата на абсорбция на цитохром (ите), който е избран за изследването. енергията е подобна на енергийната миграция при флуоресценция (т. нар. Förster дипол-диполно взаимодействие).

В настройката, показана на фигура 12.5, наночастиците от злато се осветяват под определен ъгъл чрез кондензатор с фазов контраст. Параметърът, който се изследва, е разсейване на светлината (величината, на която точно се влияе от плазмонния резонанс), записва се с цветна камера и се анализира с помощта на спектрофотометър.

"Охлаждането" на плазмон-резонансния спектър, причинено от миграцията на енергия към биомолекули, адсорбирани на повърхността на наночастиците, се проявява като специфични "пропуски" в спектрите на разсейване в обхвата на дължината на вълната, съвпадащи с пиковете на оптичната абсорбция на протеиновите молекули (фиг. 12.6g). За ефективния трансфер на енергия е необходимо спектрите на разсейване и абсорбция да се припокриват. Тъй като такава резонансна миграция е директен трансфер и следователно се осъществява по-бързо и по-ефективно от оптичната абсорбция, спектрите на МЕНР могат да бъдат записани с обикновена оптична система, което би било невъзможно при използване на „обикновена” оптична спектроскопия.

Фиг. 12.6 Феноменът на "охлаждане" на плазмонния резонанс, дължащ се на миграцията на енергия към биомолекули.

А. Схема за инсталиране.

Б. Типичният спектър на Rayleigh (еластично) разсейване на наночастици от злато. За частици с размер от 30 nm е характерен пик при 530–580 nm.

Б. Типичен спектър на оптична абсорбция на протеин (цитохром с). Типични пикове са 530 nm за окислената форма (Fe III) и 525 nm и 550 nm за редуцирана (Fe II).

Ж. "Намаляване" на плазмон резонансния (разсейващ) спектър, причинен от енергийната миграция към биомолекула в обхвата на дължината на вълната, съответстваща на пиковете на оптичната абсорбция на протеина.

За изследване не е необходимо да се взема точно злато: подобни експерименти бяха проведени върху взаимодействащи с хемоглобина сребърни наночастици (честотата на плазмонния резонанс на сребърните частици и Soret хемоглобиновата лента (~ 407 nm) са в една и съща спектрална област. Ако използвате други метали, можете да изследвате подобен ефект в ултравиолетовите или близките инфрачервени области на спектъра - например, да идентифицирате взаимодействието с нуклеинови киселини или повечето протеини, които не абсорбират светлината във видимата област.

Изследователите смятат, че най-обещаващата област на използване на новия метод (предвид неговата безпрецедентна чувствителност и възможността за използването му в жива клетка) е генетичен анализ на молекули на РНК и продукти на генна експресия, които рядко се включват в „нормалните“ условия и почти нищо не се знае за тяхната работа. Освен това могат да бъдат идентифицирани сателитни протеини от различни форми на рак, токсини и вирусни частици.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Електромеханична памет

Ядрен магнитен резонанс

Измервателна част от SQUID

MEMS захранвания за преносими устройства

Соматовисерна сензорна система. Соматовисерна система.

Показва се MEMS

Рецепторни класификации Рецептори

неутрон

proprioceptors

Ефектът на плазмон-екситонното взаимодействие

Обяснение на понятията за екситон и поляритон

Свойства на свръхпроводниците

Връщане към съдържанието: Физически явления

Видян: 3191

11.45.9.53 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .