2.3 Механізм фотоперетворення в плівках бр під дією світла

Процес фотоперетворення БР має складний динамічний характер. Складність характеру зумовлена відносно великою кількість стадій процесу та значною різницею в часі переходу від однієї до іншої інтермедіати. На різних стадіях фотоперетворення молекула БР змінює свій спектр поглинання, величину поляризації, анізотропні властивості тощо. Крім того молекули БР нерівномірно розподіляються по інтермедіатам цикла , що приводить до неоднозначності в зміні оптичних характеристик. Це в більшості випадків не дозволяє однозначно зробити інтерпритацію результатів досліджень.

В більшості випадків розглядають спрощений процес переходу вихідної форми BR570 в форму M410. Для більш детального вивчення процесу створюють спеціальні умови, які дозволяють виділити окремі інтермедіати циклу, або використовують методи фемпто-, піко- та Фур’є-спектроскопії тощо. В загальному випадку зміни в спектрах поглинання шару БР представляють у диференційному вигляді (рис.3.1.).

Рис. 2.4 Зміна спектру поглинання шару БР після опромінювання його актинічним світлом на протязі 1 (крива 1), 5 хвилин (крива 2) та відновлення його після припинення опромінювання (крива 3 і 4) [24].

Для запису та обробки інформації в плівках на основі БР використовують монохроматичне, в тому числі, лазерне випромінювання.

Початкова стадія фотоперетворення починається з моменту включення актинічного випромінювання і закінчується моментом досягнення максимуму інтенсивності в дифрагованому порядку пробного пучка. Вона характеризується однаковим часом наростання інтенсивності і не залежить від умов експонування. Цей факт можна пояснити тим, що на початковій стадії після поглинання кванта світла проходять фотохімічні процеси перетворення безпосередньо молекули БР без участі оточуючого середовища. Після досягнення максимуму інтенсивності спостерігається її спад. З одного боку він обумовлений процесом „замивання” штрихів гратки, а з іншого – характер спаду в великій мірі залежать від величини вологості плівки та інтенсивності записуючих пучків. При тривалому запису голограми зміни в кінетиці продовжуються до досягнення стану динамічної рівноваги. Інтенсивність дифракційних порядків може знову зростати не зважаючи на те, що процес „замивання” штрихів гратки уже закінчився. Величина пропускання плівки теж змінюється, але характер цих змін не відповідає кінетиці дифрагованих пучків. Тривалі зміни в кінетиці запису пояснюються поступовим переходом молекул БР з темно- в світлоадаптований стан та появою біологічних процесів, що пов’язані з переносом протона через мембрану[3].

2.4. Запис голограм в плівках бр із різними хімічним складом та залежність дифракційної ефективності від концентрації домішок.

Оптичне зображення в плівкових структурах на базі БР реєструється завдяки фотоіндукованій зміні поглинання (пропускання) між основним станом БР₅₇₀ та найдовготривалим інтермедіатом фотоциклу БР М₄₁₂, за рахунок зміни їх показника заломлення. Голограма, що записується на плівці БР, має амплітудний і фазовий компоненти, які залежать від довжини хвилі випромінювання, що використовується для зчитування.

Рис. 2.5. Залежність нормалізованої дифракційної ефективності від часу експозиції Не-Ne лазеру (а) та константи часу від співвідношення ТЕА/БР (б) у плівках БР+Ж+ТЕА з різним вмістом ТЕА.

Результати дослідження динаміки запису голограми свідчать про те, що максимальна інтенсивність досягається найперше для плівкових структур з вмістом 200 – 250 мол. ТЕА / БР (рис. 2.5 а). Константа часу, за значенням якої можна судити про час стирання голографічного зображення, досягає максимального значення при співвідношенні ТЕА / БР 150 – 250 (рис. 2.5 б) і перевищує 600 мс. Час збереження зображення визначається складом плівки, температурою, вологістю тощо.

Порівняльна характеристика світлочутливих плівкових структур на базі БР з декількома відомими фотохромними матеріалами та середовищами для запису голограм наочно показує переваги БР[18]. Існує багато таких областей застосування, які потребують голографічні плівки реального масштабу часу: голографічна інтерферометрія, резонансна голографія, голографія в реальному масштабі часу для оптичної кореляції тощо.

а)

б)

Рис. 2.6. Залежність максимумів дифракційної ефективності плівок БР+Ж+ТЕА від співвідношення молекул ТЕА на одну молекулу БР (а) залежність дифракційної ефективності від часу експозиції для зразків БР+Ж+ТЕА з співвідношенням ТЕА / БР 250 та 400.

Дослідження можливості запису голограм були здійснені на типовій голографічній установці. Досліджувались динаміка запису та релаксації голограм[20], дифракційна ефективність в залежності від часу експозиції та складу плівкових структур на базі БР в желатиновій матриці з вмістом ТЕА у межах від 0 до 250 молекул ТЕА / БР (рис2.5 та 2.6).

Надзвичайно висока циклічність БР при наявності світлочутливості до всіх параметрів хвиль у широкому спектральному діапазоні, включаючи й поляризацію світла, зумовлює великий інтерес до плівкових структур на базі БР для використання її в динамічній голографії

Для голографічного запису на світлочутливому матеріалі задля повної оптичної інформації про об’єкт необхідна реєстрація не лише амплітуди та фази сумарного світлового поля об’єктного та опорного пучка, але й стану його поляризації. Поляризаційні характеристики голографічного запису в середовищах на базі БР останнім часом активно вивчаються.

При опроміненні плівкових структур БР поляризаційним світлом видимого діапазону в них наводиться оптична анізотропія, яка супроводжується реверсивним фотоанізотропним знебарвленням фіксованих у полімерній матриці молекул БР і залежить від довжини хвилі, інтенсивності діючого променя [21]. Світлоіндукована анізотропія зумовлена дихроїзмом поглинання хаотично орієнтованих фіксованих у полімерній матриці молекул БР.

Висновки

1.Зроблений огляд лiтератури:

- оптичні властивості бактеріородопсину та особливості структурної організації пурпурних мембран.

- фотохімічний цикл реакцій бактеріородопсину.

- вплив хімічних домішок на властивості плівок на основі бактеріородопсину.

2.Засвоїла методики:

- отримання плівкових структур на базі БР.

- механізм фотоперетворення в плівках БР під дією світла.

- запису голограм в плівках БР із різними хімічним складом та залежності дифракційної ефективності від концентрації домішок.

3.Оформила звiт.

Лiтература

1. Корчемская Е.Я., Соскин М.С., Тараненко В.Б. Простанственно-поляризационные ОВФ при четырехволновом смещении в пленках биохром // Квантовая электроника. - 1987. - Т.14, №4. - С.714-721.

2. Максимычев А.В., Лукашев Е.П., Кононенко А.А., Чекулаева Л.Н., Тимашев С.Ф. Фотопотенциалы и регуляция фотоцикла бактериородопсина электрическим полем в высокоориентированных пленках пурпурных мембран // Биологические мембраны. - 1984. - T.1, №3. - C.294-304.

3. Дюкова Т.В., Всеволодов Н.Н., Жармухамедов С.К., Чекулаева Л.Н. Изучение спектральных и временных характеристик интермедиата М бактериородопсина в пленках »Биохром» при действии некоторых химических агентов // Светочувствительные биологические комплексы и оптическая регистрация информации. – Пущино: - 1985. - С.136-142.

4. Хитрина Л.В., Драчев Л.А., Каулен А.Д., Чекулаева Л.Н. Ингибирование актериородопсина формалином и лантаном. // Биохимия. - 1982. - T.47. - С.1763-1772.

5. Драчев Л.А., Каулен А.Д., Хитрина Л.В. Соли поливалентніх металлов как ингибиторі фотохимических превращений бактериородопсина // Биохимия. - 1988. - Т.53, №4. - С.663-667.

6. Корчемская Е.Я., Соскин М.С., Тараненко В.Б. Простанственно-поляризационные ОВФ при четырехволновом смещении в пленках биохром // Квантовая электроника. - 1987. - Т.14, №4. - С.714-721.

7. Костылев Г.Д., Всеволодов Н.Н. О возможности использования фотохромных пленок «Биохром» для полихроматической записи голограмм во встречных пучках // Светочувствительные биологические комплексы и оптическая регистрация информации. – Пущино. - 1985. - С.142-145.

8. Максимычев А.В., Лукашев Е.П., Кононенко А.А., Чекулаева Л.Н., Тимашев С.Ф. Фотопотенциалы и регуляция фотоцикла бактериородопсина электрическим полем в высокоориентированных пленках пурпурных мембран // Биологические мембраны. - 1984. - T.1, №3. - C.294-304.

9. Андрашко Ю.В., Шаркань Й.П. Галофільні бактерії озераКунігунда (селище Солотвине) — екзогенний фотосенсибілізатор // Укр. журн. дерматології, венерології, косметології.— 2002. — №2. — С. 6 — 8.

10. Балашов С.П., Литвин Ф.Ф. Фотохимические превращения бактериородопсина. — М: Изд-во Москва, 1985.— 168 с.

11. Всеволодов Н.Н. Биопигменты — фоторегистраторы. Фотоматериал на бактериородопсине. — М.: Наука, 1988. —222 с.

28