
- •1. Взаимодействие фотонов оптического излучения с молекулами. Квантово-механические основы и последствия.
- •1.1. Основные характеристики оптического излучения
- •1.2. Основные квантово-механические механизмы взаимодействия оптического излучения с атомами и молекулами
- •1.3. Электронные переходы в атомах и молекулах при поглощении квантов оптического излучения.
- •2. Законы поглощения света веществом. Спектрофотометрический анализ. Особенности спектрофотометрии биологических объектов. Некоторые специальные методы спектрофотометрического анализа.
- •2.1. Количественное описание поглощения света растворами. Закон Бугера-Ламберта-Бера.
- •2.2. Условия выполнения закона Бугера-Ламберта-Бера.
- •2.3. Качественный и количественный спектрофотометрический анализ.
- •2.3.1. Качественный спектрофотометрический анализ.
- •2.3.2. Количественный спектрофотометрический анализ.
- •2.4. Некоторые специальные методы спектрофотометрии
- •2.5. Особенности спектрофотометрии биологических объектов
- •Оптические неоднородности
- •3. Вторичное излучение света молекулами объекта. Люминесцентный анализ и особенности его использования для исследования биологических объектов.
- •3.1. Явление фотолюминесценции
- •3.2. Электронные переходы в возбужденной молекуле. Законы люминесценции.
- •3.3. Зависимость интенсивности фотолюминесценции от концентрации люминесцирующих молекул. Люминесцентный анализ.
- •3.4. Методы регистрации фотолюминесценции. Спектрофлуориметры. Особенности флуориметрии биологических объектов.
- •3.5. Время жизни возбужденного состояния молекул. Связь между временем жизни возбужденных состояний и квантовым выходом фотолюминесценции.
- •3.6. Влияние окружения люминесцирующих молекул на параметры фотолюминесценции. Флуоресцентные зонды и метки.
- •3.7. Причины снижения интенсивности фотолюминесценции в биологических объектах. Тушение фотолюминесценции. Миграция энергии электронного возбуждения.
- •3.8. Поляризация фотолюминесценции.
- •3.9. Замедленная флуоресценция и фосфоресценция.
- •3.10. Хемилюминесценция биологических систем. Хемилюминесцентный анализ.
- •3.11. Проточная цитофлуориметрия.
- •3.12. Влияние размера люминесцирующей полупроводниковой частицы на ее свойства как люминофора. Квантовые точки.
- •В обычных полупроводниках радиус экситона Бора (ах) определяет размер областей электронного возбуждения.
- •Применение квантовых точек в качестве флуорофоров в медицине и биологии
- •Молекулярные сенсоры
- •Молекулярная диагностика
- •Гибридные молекулярные устройства
- •4.Биофизические основы некоторых фотобиологических процессов. Применение оптического излучения в медицине.
- •4.1. Общие закономерности фотохимических процессов в биомолекулах.
- •4.1.1. Кинетика однофотонных необратимых фотохимических реакций
- •4.1.2. Кинетика однофотонных обратимых фотохимических реакций
- •4.1.2. Кинетика многофотонных фотохимических реакций
- •4.2. Спектры действия фотопревращений молекул и фотобиологических процессов.
- •4.2.1 Спектры действия фотобиологических эффект при небольшой постоянной дозе облучения
- •4.2.2.Спектры действия при постоянной величине фотобиологического эффекта.
- •4.2.3.Спектры действия биологических ответов, зависящих от скорости фотопревращения активных молекул.
- •4.3. Фотомодификация олигомерных и однокомпонентных белков под действием ультрафиолетового излучения.
- •4.3.1. Естественное (солнечное) ультрафиолетовое излучение.
- •4.3.2. Кинетика фотоинактивации белковых молекул.
- •4.3.3. Природа первичных продуктов фотолиза аминокислот и их остатков в белках.
- •Значения для
- •4.4. Действие ультрафиолетового излучения на биологические мембраны.
- •4.5. Действие ультрафиолетового излучения на нуклеиновые кислоты.
4.2.2.Спектры действия при постоянной величине фотобиологического эффекта.
В этом случае облучение объекта проводят при каждой длине волны действующего излучения такой его дозой, которая вызывает фотоэффект определенной, постоянной, величины. Обозначим эту величину фотоэффекта с. Вообще говоря, с может зависеть от Сап нелинейно. Если поглощение объекта невелико, можно выразить зависимость с от Сап в следующем виде:
(131)
В выражении (131) величина может принимать любые значения. Из этого выражения можно вычислить зависимость между дозой облучения Е и параметром G2:
(132)
Величина G2 в выражении (132) будет равна
(133)
Важно, что значение G2 не зависит от длины волны действующего излучения. С учетом этого и вида выражения (132), при построении спектров действия фотобиологических эффектов в варианте «при постоянной величине фотоэффекта» удобнее представлять их не в виде Е=f(), а в форме 1/Е=f().
Если же поглощение (В=1-Т) велико, доза облучения при каждой длине волны в области измерения спектра действия должна быть небольшой, чтобы выполнялись условия, оговоренные при получении выражения (130). При выполнении этого условия спектр действия изучаемого фотоэффекта будет повторять зависимость В=f():
(134)
Величина G3
в выражении (134) равна и от длины волны
действующего излучения не зависит.
Для выяснения по форме полученного спектра действия фотоэффекта природы молекул - первичных акцепторов фотонов необходимо сопоставить этот спектр с зависимостями =f() и B=f() для каждой из хромофорных молекул, входящих в состав исследуемого объекта. Если для какой-либо из подобных молекул объекта выявляется близость указанных зависимостей с измеренным спектром действия, высока вероятность того, что именно она и является первичным акцептором фотонов, запускающей каскад событий, приводящих к исследуемому фотоэффекту.
Следует, впрочем, обратить внимание на то, что в сложных, многокомпонентных, биологических объектах реальные спектры действия того или иного фотоэффекта могут значительно отличаться от зависимостей =f() и B=f() молекул - первичных акцепторов квантов действующего излучения. Это особенно часто наблюдается, если имеется экранировка первичного акцептора фотонов другими хромофорными молекулами образца, поглощающими в той же спектральной области. Возможно это и в том случае, если ответственный за дальнейшее развитие продукт фотопревращения молекулы-акцептора квантов сам фотохимически активен. Можно показать, что для объекта, в котором поглощение экранирующих молекулу-акцептор квантов соединений значительно больше поглощения собственно этой молекулы будет выполняться следующая зависимость:
(135)
В этом выражении параметр L зависит от длины волны действующего излучения. Он, собственно, и является причиной появления различий между спектром действия и зависимостями =f() и B=f(). Однако, если поглощение объекта не очень велико (его оптическая плотность много меньше 1), форма спектра действия может и совпасть с формой зависимости =f().