19
Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 1/19 markery, nanocząstki, kropki kwantowe Idea przyłączenie chromoforu (fluoryzującego) do biomolekuły sondy fluorescencyjnej wizualizacja przez oświetlenie odpow. światłem obrazowanie (możliwe poniżej dyfrakcyjnego ograniczenia rozdzielczości) DNA w jądrze wybarwione DAPI

obrazowanie Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 1/19 markery, nanocząstki, kropki kwantowe Idea → przyłączenie chromoforu (fluoryzującego) do biomolekuły

Embed Size (px)

Citation preview

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 1/19

markery, nanocząstki, kropki kwantowe

Idea → przyłączenie chromoforu (fluoryzującego) do biomolekuły sondy fluorescencyjnej

→ wizualizacja przez oświetlenie odpow. światłem

→ obrazowanie (możliwe poniżej dyfrakcyjnego ograniczenia rozdzielczości)

DNA w jądrze wybarwione DAPI

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 2/19

Przykłady [z artykułu Jerzego Karpiuka (IChF PAN) Wiedza i Życie IX, 2011]

Zachód słońca na plaży w San Diego (kolonie zmutowanych żywych bakterii, wytwarzających białka fluoresc. w 8 kolorach)

→ diagnostyka Choroby Alzheimera (fluorescencja znaczników amyloidu odkładających się w gałkach ocznych)

chemosensory fluorescencyjne dla wykrywania ciężkich metali

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 3/19

• zielone: Cy2, fluoresceina (wzbudzana światłem niebieskim), • czerwone: rodamina (wzbudzana światłem zielono-żółtym), Texas red, • podczerwone: Cy5, Cy7, Alexa dyes (głównie do znakowania przeciwciał) • żółte: Cy3, Alexa 568 • niebieskie: DAPI (absorbuje UV, fluoryzuje na jasnoniebiesko, stabilny barwnik dla DNA, zwłaszcza w utrwalonych komórkach); • Hoest 33342 – zasada działania analogiczna do DAPI; może być stosowany w żywych, nieutrwalonych komórkach • Oranż akrydynowy (AO) – selektywny, niespecyficzny

barwnik DNA i RNA. Zielona fluorescencja dla DNA, czerwona dla RNA. Może być stosowany w żywych, nieutrwalonych komórkach.

Rodzaje markerów – 1) barwniki fluorescencyjne

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 4/19

• GFP (green fluorescent protein) – zielone (wyizolowane z Aequoria victori, kodowane przez pojedynczy gen, można klonować i wprowadzać do komórek innych gat. • CFP – cyjan • YFP – żółte • DsRed (z Discosoma striata) – czerwone • BFP – niebieskie

Inżynieria genetyczna → białka „etykiety”

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 5/19

Rodzaje markerów – 2) centra barwne (F-centres), np. w NaCl

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 6/19

Widmo absorpcji centrów barwnych w NaCl

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 7/19

Energie stanów centrów barwnych

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 8/19

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 9/19

• syntetyczne diamenty

a) HPHT (High Pressure High Temperature) b) CVD (Chemical Vapor Deposition) cena, kontrola parametrów (koncentracja N: 6 –600 ppm, 1018–1020 cm–3, zawartość azotu - typ Ia lub IIa )

• wytwarzanie centrów - naświetlanie wiązką jonizującą (e, p, He+, ... @ 1.7–3 MeV, 1016–1018 cm – 2)

V

N

Centra barwne nitrogen vacancy (NV)

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 10/19

6 elektronów (2 dziury) → stan podst. S = 1

rzadkość!

3 E

3 A 2

1 A 1

( e 2 )

( e 1 a 1 1 )

( e 2 )

Własności spektroskopowe • Struktura elektronowa NV–

100µW @ 532 nm ZPL NV

Zero-Phonon Line

↑ ↑ 18 518 cm-1 14 706 cm-1

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 11/19

Centra NV - optyczna detekcja stanu spinowego

Różne prawdopodobieństwa absorpcji; |0⟩ rozprasza 30% więcej fotonów niż |±1⟩ Transfer atomów z |±1⟩ do |0⟩ (pompowanie optyczne) ⇒ polaryzacja spinowa (P>80%) →|0⟩ : stan jasny →|±1⟩ : stan ciemny

Technika ODMR (Optically Detected Magnetic Resonance) (ADMR, FDMR)

– transfer populacji między podpoziomami spinowymi przez rezonansowe pole µw, ESR (podwójny rezonans) – detekcja zmian absorpcji, fluorescencji, ...

2 . 8 8 G H z

absorpcja fluorescencja

|MS=0>

|MS= ±1>

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 12/19

Obserwacja pojedynczych centrów kryształ 2x2x0.32 mm

sprawdzanie czy emituje pojedyncze centrum – pomiar funkcji korelacji

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 13/19

Definicja:

3) Kropki kwantowe (Quantum Dots QD):

struktury półprzewodnikowe (studnie potencjału), w których ruch nośników prądu: elektronów, dziur, a także związanych par elektron-dziura (ekscytonów), jest ograniczony w 3D

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 14/19

Rodzaje QD: 1) samoorganizujące się półprzewodnikowe w warunkach epitaksji na odpow. podłożu

możliwość przestrajania widm potencjałem bramki

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 15/19

Zależność widm luminescencji od temperatury dla kropek CdMnTe/Zn0.79Cd0.21Te, xMn=0.04, wzbudzanych laserem He-Cd 442 nm (2.8 eV) [Piotr Wojnar, IF PAN ]

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 16/19

2) kropki koloidalne

Powstają w wyniku wytrącania kryształów półprzewodnikowych z roztworów:

1 – nukleacja @ ~260 oC prekursorów Se, Cd 2 – powstają nanocząstki CdSe 3 – wzrost do pożądanego rozmiaru (czas reakcji)

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 17/19

Rozmiary: 2-10nm, 50 -100 atomów - bok

100 – 100 000 atomów łącznie

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 18/19

poprawa świecenia – kropki core-shell (różne materiały)

Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 19/19

Zastosowania

- biofotoniczne – markery (tagowanie)