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

1/19

markery, nanocząstki, kropki kwantowe

Idea przyłączenie chromoforu (fluoryzującego) do biomolekułysondy 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 diamentya) 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!

3E

3A2

1A1

( e2 )

( e1 a11 )

( e2 )

Własności spektroskopowe

• Struktura elektronowa NV–

100W @ 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 w, ESR (podwójny rezonans) – detekcja zmian absorpcji, fluorescencji, ...

2.88GHz

absorpcja fluorescencja

|MS=0>

|MS= ±1>

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

12/19

Obserwacja pojedynczych centrówkryształ 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 CdSe3 – 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)