obrazowanie gawlik, metody optyczne w medycynie 2010/11 - wykł. 6 1/19 markery, nanocząstki,...
TRANSCRIPT
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 1/19
markery, nanocząstki, kropki kwantowe
Idea → przyłączenie chromoforu (fluoryzującego) do biomolekuły sondy fluorescencyjnej
→ wizualizacja przez oświetlenie odpow. światłem
→ obrazowanie (możliwe poniżej dyfrakcyjnego ograniczenia rozdzielczości)
DNA w jądrze wybarwione DAPI
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 2/19
Przykłady [z artykułu Jerzego Karpiuka (IChF PAN) Wiedza i Życie IX, 2011]
Zachód słońca na plaży w San Diego (kolonie zmutowanych żywych bakterii, wytwarzających białka fluoresc. w 8 kolorach)
→
→ diagnostyka Choroby Alzheimera (fluorescencja znaczników amyloidu odkładających się w gałkach ocznych)
chemosensory fluorescencyjne dla wykrywania ciężkich metali
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 3/19
• zielone: Cy2, fluoresceina (wzbudzana światłem niebieskim), • czerwone: rodamina (wzbudzana światłem zielono-żółtym), Texas red, • podczerwone: Cy5, Cy7, Alexa dyes (głównie do znakowania przeciwciał) • żółte: Cy3, Alexa 568 • niebieskie: DAPI (absorbuje UV, fluoryzuje na jasnoniebiesko, stabilny barwnik dla DNA, zwłaszcza w utrwalonych komórkach); • Hoest 33342 – zasada działania analogiczna do DAPI; może być stosowany w żywych, nieutrwalonych komórkach • Oranż akrydynowy (AO) – selektywny, niespecyficzny
barwnik DNA i RNA. Zielona fluorescencja dla DNA, czerwona dla RNA. Może być stosowany w żywych, nieutrwalonych komórkach.
Rodzaje markerów – 1) barwniki fluorescencyjne
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 4/19
• GFP (green fluorescent protein) – zielone (wyizolowane z Aequoria victori, kodowane przez pojedynczy gen, można klonować i wprowadzać do komórek innych gat. • CFP – cyjan • YFP – żółte • DsRed (z Discosoma striata) – czerwone • BFP – niebieskie
Inżynieria genetyczna → białka „etykiety”
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 5/19
Rodzaje markerów – 2) centra barwne (F-centres), np. w NaCl
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 6/19
Widmo absorpcji centrów barwnych w NaCl
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 9/19
• syntetyczne diamenty
a) HPHT (High Pressure High Temperature) b) CVD (Chemical Vapor Deposition) cena, kontrola parametrów (koncentracja N: 6 –600 ppm, 1018–1020 cm–3, zawartość azotu - typ Ia lub IIa )
• wytwarzanie centrów - naświetlanie wiązką jonizującą (e, p, He+, ... @ 1.7–3 MeV, 1016–1018 cm – 2)
V
N
Centra barwne nitrogen vacancy (NV)
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 10/19
6 elektronów (2 dziury) → stan podst. S = 1
rzadkość!
3 E
3 A 2
1 A 1
( e 2 )
( e 1 a 1 1 )
( e 2 )
Własności spektroskopowe • Struktura elektronowa NV–
100µW @ 532 nm ZPL NV
–
Zero-Phonon Line
↑ ↑ 18 518 cm-1 14 706 cm-1
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 11/19
Centra NV - optyczna detekcja stanu spinowego
Różne prawdopodobieństwa absorpcji; |0⟩ rozprasza 30% więcej fotonów niż |±1⟩ Transfer atomów z |±1⟩ do |0⟩ (pompowanie optyczne) ⇒ polaryzacja spinowa (P>80%) →|0⟩ : stan jasny →|±1⟩ : stan ciemny
Technika ODMR (Optically Detected Magnetic Resonance) (ADMR, FDMR)
– transfer populacji między podpoziomami spinowymi przez rezonansowe pole µw, ESR (podwójny rezonans) – detekcja zmian absorpcji, fluorescencji, ...
2 . 8 8 G H z
absorpcja fluorescencja
|MS=0>
|MS= ±1>
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 12/19
Obserwacja pojedynczych centrów kryształ 2x2x0.32 mm
sprawdzanie czy emituje pojedyncze centrum – pomiar funkcji korelacji
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 13/19
Definicja:
3) Kropki kwantowe (Quantum Dots QD):
struktury półprzewodnikowe (studnie potencjału), w których ruch nośników prądu: elektronów, dziur, a także związanych par elektron-dziura (ekscytonów), jest ograniczony w 3D
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 14/19
Rodzaje QD: 1) samoorganizujące się półprzewodnikowe w warunkach epitaksji na odpow. podłożu
możliwość przestrajania widm potencjałem bramki
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 15/19
Zależność widm luminescencji od temperatury dla kropek CdMnTe/Zn0.79Cd0.21Te, xMn=0.04, wzbudzanych laserem He-Cd 442 nm (2.8 eV) [Piotr Wojnar, IF PAN ]
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 16/19
2) kropki koloidalne
Powstają w wyniku wytrącania kryształów półprzewodnikowych z roztworów:
1 – nukleacja @ ~260 oC prekursorów Se, Cd 2 – powstają nanocząstki CdSe 3 – wzrost do pożądanego rozmiaru (czas reakcji)
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 17/19
Rozmiary: 2-10nm, 50 -100 atomów - bok
100 – 100 000 atomów łącznie
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 18/19
poprawa świecenia – kropki core-shell (różne materiały)