Тема 6. Люминесцентный анализ в медико-биологических исследованиях

Вопросы:

1. Какие процессы происходят в возбужденных атомных системах? Каковы отличия в механизмах возникновения спонтанного и вынужденного излучения?

2. Что такое люминесценция как вид свечения (определение С.И. Вавилова)? Как виды люминесценции различают по длительности послесвечения и способу возбуждения?

3. Какие характеристики используются для описания явления люминесценции? В чем суть законов Стокса и Вавилова для этого вида свечения?

4. В чем суть метода флуоресцентных меток и зондов? В каких случаях применяется этот метод в медицине?

5. Какие примеры использования люминесцентного анализа в медицине вы знаете?

Задачи и тесты:

1. Согласно закону Стокса спектр люминесценции молекул относительно их спектра поглощения:

a) смещён в сторону больших длин волн;

b) смещён в сторону меньших длин волн;

c) совпадает по частотам со спектром поглощения;

d) расположен произвольно.

Закон Стокса: Спектр люминесценции вещества смещен в область более длинных волн относительно его спектра поглощения.

2Длительность люминесценции – это время, в течении которого её интенсивность после прекращения возбуждения уменьшается:

a) до нуля;

b) в 2 раза;

c) в е = 2,72 раза;

d) в 10 раз.

Интенсивность люминесценции экспоненциально затухает во времени по закону:

I_люм. = I₀ е ^{– t /τ}, где параметр τ называется длительностью люминесценции и является важнейшей характеристикой люминесцирующего вещества. Он определяет время, за которое интенсивность люминесценции уменьшается в е = 2,72 раза.

4. Если длительность люминесценции вещества составляет 2мс, то через 60 мс после прекращения возбуждения ее интенсивность уменьшится в е в …. степени раз.

Решение:

Если возбуждение люминесцирующей молекулы или атома внезапно прекратить, то интенсивность люминесценции начнет экспоненциально уменьшаться во времени по закону: I_люм. = I₀ е ^{– t /τ}, где параметр τ называется длительностью люминесценции.

Если t=60мс, а τ =2мс, то t/τ = 60/2= 30. Следовательно, интенсивность люминесценции уменьшится в е³⁰ раз, т.е е в 30-й степени

Тема 7. Оптика глаза. Основы биофизики зрения. Вопросы:

1. Что собой представляет светопреломляющая система глаза?

2. Из каких структурных элементов состоит световоспринимающий аппарат глаза?

3. Опишите строение палочки.

4. Расскажите о фотопроцессах, происходящих в палочках.

5. Опишите механизм цветового зрения.

6. Сформулируйте закон Вебера-Фехнера для зрения.

Задача и тесты:

1. Для создания зрительного ощущения зрительного ощущения на роговицу должно попадать как минимум N=80 квантов света длиной волны 500 нм в секунду. Вычислите минимальную интенсивность I_min света, воспринимаемого глазом, если диаметр зрачка: а) d₁ = 1 мм; б) d₂ = 5 мм.

Решение:

Интенсивность излучения равна энергии, проникающей через единицу площади поверхности за единицу времени:

. (1)

Энергия N квантов света равна:

, (2)

Где h – постоянная Планка; ν – частота; с – скорость света в вакууме; λ – длина волны.

Площадь поверхности диаметром d:

(3)

Подставим выражения (1) и (2) в уравнение (3):

(4)

Переведем исходные данные в единицы СИ и подставим их в уравнение (4). Получим: I_{min 1}= 4•10^-11 Вт/м² (при d₁=1 мм), I_{min 2}=1,6•10^-12 Вт/м².

Таким образом, при увеличении диаметра зрачка в указанных пределах минимальная интенсивность излучения, воспринимаемая глазом, уменьшается в 25 раз. Поэтому в сумерках зрачки расширяются, а при ярком освещении – сужаются (последнее способствует увеличению четкости изображения).

2.Преломляющими средами глаза являются:

1. роговица

2. радужная оболочка

3. передняя камера глаза

4. хрусталик

5. стекловидное тело

6. сетчатка

Диоптрический аппарат глаза подобен сильной собирающей линзе и при рассматривании далеких предметов сводит в точку на сетчатке входящие в глаз параллельные лучи, т.е. действует наподобие объектива зрительной трубы. Фокусирование изображения осуществляется преломляющими средами глаза, к которым относятся роговица, хрусталик, камерная влага и стекловидное тело. Преломляя световые лучи, они обеспечивают формирование на сетчатке действительного, уменьшенного и обратного (перевернутого) изображения рассматриваемого предмета.

5. Укажите характеристики колбочек и палочек:

1. расположены по всей поверхности сетчатки

2. концентрируются в центральной части сетчатки

3. зрительным пигментом является родопсин

4. отвечают за цветовое зрение

5. отвечают за сумеречное зрение

6. их количество 6,5 млн

7. зрительным пигментом является йодопсин

Сетчатка содержит два вида фоторецепторов: палочки, являющиеся более чувствительными к свету и обеспечивающие зрение в сумерках и ночью (скотопическое зрение), и колбочки, обеспечивающие восприятие зрительных образов при ярком освещении и цветное зрение (фотопическое зрение). Колбочки, кроме того, обладают лучшей способностью к восприятию деталей изображения и поэтому значительно улучшают разрешающую способность глаза. На сетчатке глаза человека находится приблизительно 110-125 миллионов палочек и 6-7 миллионов колбочек. Палочки и колбочки расположены на сетчатке неравномерно: В центре ее напротив зрачка находятся в основном колбочки, на периферии - только палочки. Зрительным пигментом палочек является родопсин, а колбочек – йодопсин.