Absorpcijska spektroskopija hitrih procesov - laserski diagnostika v biologiji in medicini

Hitro absorpcijska spektroskopija
procesi
Načini ultrahitre laserske spektroskopije omogočajo preučevanje dinamike notranjega gibanja biomolekul. V mnogih pogledih potrebe strukturne dinamike preiskav biomolekul spodbudil razvoj pikosekunde in sub-pikosekunde spektroskopijo, vključno z absorpcijsko spektroskopijo hitrih procesov [P. 1 - P.Z]. S temi metodami je ultrahitro elektronske procese in vibracijska vzbujanja biomolekul, kot tudi dinamiko kemijskih reakcij, ki jih vključujejo.
Metode absorpcija omogočajo, da se določi skupni čas sprostitve biomolekul do stanja tal, medtem ko je njihova vibracijska sprostitev, hitrost prenosa vzbujanje v mešanici biomolekul, hitrost prenosa naboj med biomolekul v mešanici akceptor in darovalca, dinamika disociacije biomolekul v raztopini, stopnja konformacijske spremembe in tako naprej. Raziščite primarne procese fotosintetskih organizmov - vijolične in zelene bakterije-dinamika fotosistema I in II v zelene rastline in vodoroslyah- primarni stopnji moči konverzijo vezave da iz rhodopsin v študiji fotokemije in bioenergetskih halofilnih bakterije (bacteriorhodopsin) -. fotoobratimye fotokromni pigmenti (fitokroma) delujejo bioregulatorna funkcije v celicah veliko preprostih in disociacija dinamike rasteniy- hemoprotein (hemoglobina in mioglobina) itd karakteristični čas teh postopkov ležijo v precej široko razpon: 0,6-200 ps želeno območje valovnih dolžin laserskega sevanja njihovega raziskovanja je 460-880 nm.
Osnovna ideja absorpcijsko spektroskopijo z uporabo Ultrakratki impulzov je "pobeg" iz neposredne meritve pulzne širine, ki poteka v absorpcijsko sredstvo. Zato se uporablja v dveh zaporednih svetlobe impulzov, od katerih je prva prevede biomolekulo od jedra do vzbujenega stanja, in druga, ki jo je pikosekunde ali subpicosecond časovni interval, tako imenovano merjenje impulza zamudo, zazna spremembo v absorpcijski spekter objekta v raziskavi. V tem primeru inercija fotocelica zazna spremembe v absorpcijski spekter, do katerih je prišlo v času, določeno s časovnim zamikom določen.
Obstajajo različne sheme za izvedbo te ideje. Glej, na primer, [P. 1-3 GP, 1,35]. Tako vzbujanje in sonde, stročnice lahko enake ali različne valovne dolžine vzbujanja in sonda laserske žarke medsebojno pravokotni in skoraj kolinearni, saj se lahko uporablja zapisovalna elementa: folija, fotodioda nizi kamere, optični večkanalni analizatorji in posamezni photodetectors. Ti se lahko izvajajo z enim samim vezjem, in pulz sondo vzbujanja ter večkratnik ponovitev, s široko paleto sevanja sonde ipd.
V študijah hitrosti orientacijo in rotacijsko relaksacijski čas in elektronske hitrost prenosa energije iz molekul v tekočinah z uporabo modifikacije metode, ki temelji na analizi inducirane polarizirana vzbujanje pulza anizotropije v mediju z merjenjem absorpcije impulza sonde na različne medsebojne usmeritev polarizacije razburljivo in pulzov sonde [ AP 1].
Najbolj pogosti v študiji strukturo biomolekul fotokemičnih procesov prejela prilagoditev tako imenovano metodo diferencialne absorpcijsko spektroskopijo, ki temelji na registraciji diferencialnih absorpcijskih spektrov predstavlja razliko med absorpcijskih spektrih pred in vzbujanje spektrov zabeležena v različnih časovnih intervalih po vzbujanju. Sprememba optičnih preskus gostota predmeta DD (k, t) določi [6, 7]
pri čemer je E = Ea EDA in Oy XH ° p / E1p - razmerje med preskusom in reference impulzni energije v kateri so prešla skozi vzorec na vzbujanje in brez vzbujanja.

Sl. 5.3. Shema absorpcija pikosekunde spektrometra temeljijo optični parametrični oscilatorji [7]

Sl. 5.2. Shematski prikaz absorpcijski subpicosecond spektrometrom [61
Kot primer, v sl. 5.2 in 5.3 so diagrami dveh tipičnih pikosekunde in subpicosecond absorpcijski spektrometri realizirajo diferenčni tehniko merjenje absorpcijskih spektrih skoraj kolinearni razmnoževalnega vzbujalnih in svetlobno sondo žarkov, variabilna optična zamik vrstice impulzov.
V prvi shemi gigavatnih svetlobnega impulza s trajanjem t&bdquo- = 100 fs pri valovni dolžini X = 615 nm, deljena kanalov med vzbujanja in zaznavanja. Kanal impulzno vzbujanje hrbet / Filter nevtralne gostote optično zamik vrstice 2 pade na vzorcu 3, in nadalje na monokromatorjem 4. kanala zaznavanje pretvorba poteka v kontinuumu subpicosecond (SRS pretvorba cm kivet z vodo, 5, 6 - rdeče filtri). Ta žarek je razdeljen na dva dela: test in referenco. Poskus usklajena s široko snopa in referenčnega po filtraciji skozi modro-zeleno barvo filtra 7 se uporabi za pridobivanje podatkov o absorpcijski spekter medija v odsotnosti vzbujanja. Spreminjanje zamudo impulzov časa omogoča študij kinetike procesov in premestitev monokromatorjem - spremembe v absorpcijski spekter inducirane pri izbranih valovnih dolžin. Signali so prejeli po monokromatorjem photodetectors 8, 9, so digitalizirani preko digitalnih voltmetre 10 in vhod prek vmesnika 11 do krmilnega računalnika 12, ki izvaja zbiranje podatkov o številnih laserskih utripa in izračun povprečnega standardne napake in delovanje nadzor celotnega spektrometra.
Drugi sistem temelji na optičnih parametrov oscilatorjev (OPO), visoko stopnjo avtomatizacije merjenja in obdelave podatkov (sl. 5.3). To omogoča študij širokega razreda bioloških predmetov z majhno napako merjenja optične gostote, do 2-10-4. crpalni YAG: nd lasersko 1 z ločevanjem sistema monopulse 2 in ojačevalcem 3, pri čemer se in stabilnost spektrometra. Možna zamenjava laserskega sistema mojstra za lasersko fosfatnim steklom, ki omogoča, da bistveno poveča ločljivost čas spektrometra. Vir zanimive sevanja na pikosekunde ASG 5 KDP kristal z laserskim drugo harmonično YAG črpanega: nd. Pri uporabi frekvenčnega množilniki in seštevalnik 4, tak sistem omogoča prekrivanje precej široko področje od 330 do 1400 nm in ima relativno velik energijski nivo ~ 0,1 MJ.
Uporabijo se lahko zaznavanje kanal dveh svetlobnih virov: CBC - 6 v LiNb03 kristala z virom kontinuumu frekvence Udvostručivač ali pikosekunde (Raman pretvornik težko vodo 7). Pri meritvah kinetike absorpcijske lastnosti v ločenih delih spektra omogoča uporabo PGS izboljšati zanesljivost in razširi obseg meritev zaradi stabilnosti visoko energetsko ,, spektralne in časovne značilnosti različnih valovnih dolžin, vključno z ultravijoličnim in infrardečim delu spektra in visoko spektralno svetlosti sevanja monochromaticity. Slednji omogoča, da delo brez monokromatorja in uporabo fotodiod za zaznavanje signala. Pri odstranjevanju razliko spektrov prehodne absorpcije je bolj udobno D20 Raman pretvornik kombinaciji z nastavljivo monokromatorjem 12. neimenovanih parametrov vezja na sl. 5,3 8 - optični zakasnitvenega voda, 0,9 - bioobject, 10 - fotodetektor, 11 - magnetni ventil 13 - avtomatiziran nadzorni spektrometer sistem.
Pomembno je dejstvo, da so impulzi, prejetih od CBC, ima bolj strm robove kot pulzov laserske načinu-zaklenjen. To omogoča, da se poveča časovno resolucijo s skrajšanjem časa prekrivanje regija zanimive in sonde impulzi. Ogledov spektrometer dovoljuje uporabo zaznavanja vezja v nasprotni smeri glede na svetlobni pramen vzbujanja, ki omogoča, da se bistveno zmanjša razpršene svetlobe, ki vstopajo v zanimiv žarek v kanalu zaznavanja. Ta funkcija je še posebej pomembno za študij močno sipanje bioloških predmetov.
Za podrobnosti o metodah pikosekunde in sub-pikosekunde absorpcijski laserska spektroskopija biomolekul laserski spektrometri ultra resolucije čas, in s posebnimi študij dinamike biomolekul je mogoče priporočljivo literaturo objavljeno v zadnjih letih [P. 1-3 GP,
1,35].