Kalorimetrična diagnostične metode - laser diagnostika v biologiji in medicini

Razvrstitev in diagnostične metode temelji kalorimetri
Razvrstitev. Osnova kolorimetričnimi metodami mikrodiagnostiki ali ležijo absorpcije svetlobe spektroskopije s stopnjami vzbujanje energijskih molekul bioobject snovi, ki sledi radiationless sprostitev teh stopenj in ogrevalnega objekta. možnost Informacije za spremembo temperature vzorca AT. Očitno je, da je stopnja segrevanja določi absorbanca snovi, osvetljenosti in učinkovitost konkurenčnih procesov (fluorescence fotokemičnih in fotoelektrično učinek). Vse to določa prednosti kolorimetričnimi metodami, katerih glavni je sposobnost za študij absorpcije svetlobe močno razprševalne medijev, v zvezi s številnih področij znanosti in tehnologije, še posebej pa za biološke in zdravstvene težave. Te metode nam omogočajo, da razišče netransparentno (optično gosto) in šibko fluorescentnih objektov, nadzoruje izvajanje fotovoltaičnih in fotokemičnih procesov. Ker je izmerjena vrednost je sprememba temperature so detektorji uporabljajo kot neselektivnih sprejemnikov, ni omejitev uporabljene valovne dolžine v poskusu na sprejemniku.
Optoelektronski kalorimetrični (ali, kot so včasih imenujemo, optična-termalni) metode imajo številne modifikacije odražajo metode za odkrivanje sprememb temperature [P. 23, str 41-P. 46, 1,26, 1, 8-24]. Možni merjenje neposredno temperature s pomočjo kontaktnih senzorjev in s tem povezane spremembe volumna vzorca. Te metode niso zelo razširjena. Obetaven, zlasti v raziskovalnih zmogljivosti in vivo, je metoda opto-termalni radiometrija temelji na merjenju jakosti toplotnega sevanja ogrevanega telesa z lasersko svetlobo. V zadnjih letih se je ta metoda postala bolj priljubljena.
Zaradi svoje preprostosti, zanesljivost, visoko občutljivostjo in vsestranskosti najbolj razširjenemu optoacoustic metodo (OA), ki je za pretvorbo toplote v akustičnih nihanj in njihovo kasnejšo registraciji mikrofonom ali drugih zvočnih vibracij sprejemnika. Za lahko podrobnosti o načinu OA in širokimi možnostmi priporočamo monografijo [P. 41], kot tudi ocene in konferenčni zbornik OA spektroskopije [P. 23, AP 42 - AP 46, 1, 81. Relativno pogosto uporablja kot metoda dotika optikotermichesky kadar je merjena parametra temperatura okoliškega objekta s plinom, in lomnega-optične metode, pri kateri merimo spremembo lomnega količnika s temperaturnim spremembam povzroča, - metoda termičnih leč, dodatno ogrevanje deformacija (meritev) laserskega žarka in različne interferometričnega tehnik.
Način Pulse. Naj polmer laserskega žarka w prehaja skozi celico napolnjeno s tekočino. Trajanje svetlobnega impulza T&bdquo-, frekvenca ponovitve
pulzov / dolžino stolpca tekočine, svetlobni impulz, I. OA signalni sprejemnik se nahaja na razdalji r od osi laserskega žarka. Recimo, da je utrip dlitelnost- bistveno bolj nonradiative relaksacijski čas, čas širjenja akustičnega impulz preko osvetljenega tekoči koloni in stalen čas td akustični detektor. Pod pogojem, da je radiationless sprostitev proces pomemben dejavnik slabljenja svetlobe žarka in slabljenje sama po sebi ni prevelika, in /<^1, выделяющаяся при поглощении энергия находится на основании закона Бугера:
Njeno kjer - svetlobni pulz energije, in - absorpcijski koeficient. Absorpcija energije spremlja lokalno povečanje temperature AT, ki se nahaja na povezavi
(5.4)
kjer cp - specifična toplota pri konstantnem tlaku, V = nwH - osvetljena volumen, p - gostota medija.
Ob predpostavki, da je proces širitve osvetljene obsega adiabatno pri- konstanten tlak, je mogoče izračunati spremembo tega obsega:
(5.5)
kjer F - temperaturni koeficient prostorninskega raztezka sredstvom. Ta širitev ustvarja, ki se širi v radialni smeri s hitrostjo va zvok je. Ustrezna sprememba tlaka Ap sorazmerno amplitudi mehanskih nihanj Ax ~ Aw:


kjer / in - pogostost akustičnih nihanj. Uporaba (5.5) v stanju tem Aw
Ta razmerja dala idejo načel metod kalorimetrijo. Neposredno informacije o absorpcijski koeficient medija in pri določeni valovni dolžini je mogoče pridobiti na podlagi meritev na (opto-termalni učinek), v obliki črke V (geometrična optično učinkujoča) ali Ar (OA učinek). Uporaba odnos s Goriščna razdalja F «toplotne leče", odklonskega kota <р пробного лазерного луча и сдвига фазы волны Дг|> в измерительном интерферометре с изменениями температуры АТ образца, получим приближенные соотношения и для других методов [П. 41, П. 43].
"Toplotna leča" metoda:

Postopek upogiba:

Interferometričnega Postopek:

kjer dnldT - temperaturni gradient lomni količnik n, V - dolžina prostorske poravnave zanimivo in glede sondo tramovi A,&bdquo- - dolžina valovna dolžina sonde pramen.
Občutljivost kolorimetričnimi tehnik in glavnih področij uporabe so prikazani v tabeli. 5.1. Nadaljnja razprava imajo predvsem na primer OA metodo. Pomemben parameter, ki ga je treba upoštevati pri praktičnem izvajanju metode OA impulza je časovni zamik td med svetlobo in akustičnih impulzov. V najpreprostejšem primeru razvidno td ga določi glede
(5.6)
kjer je R - polmer celica. Ta časovni zamik določa časovno obdobje, v katerem je koristen signal, posnet brez motenj.
Pri plinaste medije, zlasti molekulskih plinov, za katero je stopnja collisional sprostitev vzbujenih stanj bistveno večja kot svetlobni stopnja sprostitev signala OA naslednjo obliko:
(5.7)
kjer 7-cjcv, tt - toplotna relaksacijsko časovno celice:
(5.8)
1`le o, - toplotno, p - gostota plina, K - toplotna prevodnost plina. Ta razmerja so pridobljeni iz plinskih kinetičnih reprezentacij za celice napolnjene z molekulami ene vrste, enakomerno porazdeljeno po obsegu.

Tabela 5.1

Občutljivosti in glavne aplikacije metode kalorimetrična

Za plinske mešanice različnih vrst molekul absorbira spremembe tlaka v skupnem znesku celice ustreza delnih spremembe tlaka s časom zamude zaradi razlik termalne stopnje sproščanja.
Pomemben parameter okolja je thermodiffusion (toplote), katerega dolžina je impulzov za vzbujanje ocenjen [P. 43]
(5.9)
Pulzno segrevanje bioobject vodi tudi k spremembi lastno telo toplotnega sevanja lika - pojav podlaga impulza opto-termalni radiometrija (OTR) [18, 21]. Največja toplotno sevanje, ki živijo bioloških predmetov je v regiji 10 mikronov. Podrobna analiza signala OTP zahteva poznavanje porazdelitve na temperaturo predmeta, termična hitrost difuzije medija, absorpcijskega koeficienta pri valovnih številih sonde (običajno UV ali vidno območje) in toplotno sevanje a` (10 mikronov). Nasprotno, nekaj znanja in "je dejal parametrov omogoča OTR iz izmerjenega signala za določitev drugih parametrov, kot so.
V najpreprostejšem primeru se relativno šibka absorpcija sevanja sondo (a<фх`) и воздействия короткими импульсами света (значительно меньшими по длительности времени термодиффузии) сигнал ОТР определяется соотношением [18, 21]

kjer S (m&bdquo-) ~ SMO&vrednost signala na začetnem času po prenehanju svetlobnega trajanje impulza TI, W - - bdquo-a koeficient sorazmerna s spektralno širino infrardeče registracijske bioobject na površino sevanja, Z = a [at (t-ti)] / 2.
V tem primeru gre za površinske sevanja telesa termalne kot sevalno tipalo prodre precej globoko v telo in toplotno sevanje ° m globoke plasti se učinkovito absorbira pri izhodu navzven. Glede na to, da je za večino biološki predmeti absorpcijski koeficient v območju IR določi voda vsebuje, je v razponu od lahko (1-2) -103 cm-1, z razmerjem predstavljene se uporablja za proučevanje široko skupino bioloških tkiv.
Postopek, ki uporablja neprekinjeno moduliran sevanja. Razpoznavni znak uporabe kontinuiranih laserjev v primerjavi z impulza je pridobiti dodatne informacije o naravi absorpcije snovi zaradi sorazmerno signalnega faznega premika med spremenljivkami, ki sestavljajo laserskega signala in pritisk. Za plinastih medijev v harmonsko sevanja moč P s frekvenco modulacijskega amplituda OA bp signala in faznega zamika so oblike F
(5,10)
kjer je Tm je definirana z (5,8). Ti izrazi Dobimo pod istimi predpostavkami kot v (5.7). Toplotna dolžina difuzija
(5,11)
Študija optičnih in toplotnih lastnosti tekočin in trdnih snovi preko optoacoustic celice plina (indirektna metoda) je precej pogosta raziskovalna metoda. Moduliranega svetloba absorbira kondenziranega mediju in delno pretvori v toploto. Ta toplota ustvarja pritisk motnje v okolici plina, ki so zabeležene mikrofon. V opisu uporabo signala OA tri tipične dolžine vzorca: geometrijski I, fotonov pot dolžina / f = 1 / a in "termični" / t. Glede na razmerje teh dolžin so možne šest različnih izvedbah gazomikrofonnogo metodo. Cenjeni optično in toplotno debele in tanke medije. Očitno je, da za >/ T "^ f nasičenosti učinki so možni amplituda signala OA, ki jih je treba izogibati. Za dano vrednost vzorca / t določi z modulacijo trajanjem impulza ali frekvence w. Ločevanje signalov vzbuja pri vzorca in v tankem sloju na snovi - oknom (ali substrata) je mogoče po metodi faze, ko zabeleži ne le amplitudo ampak tudi OA na fazo signala.

Video: Laser orožje proti raku. 2.010