В этом выпуске журнала "Оптика и спектроскопия" помещены статьи, отражающие современное состояние оптических технологий, применяемых и перспективных для применения в биомедицинских исследованиях. Бурное развитие оптической биомедицинской диагностики и терапии в настоящее время обусловлено многими факторами. Во-первых, это новые результаты фундаментальных исследований по взаимодействию оптического излучения с биологическими тканями и клетками, включая поляризованное излучение, флуоресценцию в многократно рассеивающей среде и спекл-интерференционные явления. Во-вторых, это существенный прогресс в области разработки средств доставки, детектирования и визуализации оптического излучения. В-третьих, появление новых компьютерных и на-нотехнологий. Все это дает возможность получения новой, ранее недоступной информации о живых объектах средствами спектроскопии и обеспечить более эффективное фотовоздействие на отдельные биологические структуры.
Оптика наночастиц и ее приложения в биомедицине представляют собой новую область нано-биотехнологии. Одной из перспективных областей применения люминесцентных полупроводниковых наночастиц, обладающих широким спектром поглощения и ярко выраженным узким пиком люминесценции в видимой части спектра, является медицинская диагностика. Поскольку длина волны флуоресценции нанокристаллов одного и того же состава строго зависит от их размеров, то изменяя размеры и состав полупроводниковых нанокристаллов, можно менять длину волны их флуоресценции от синей до инфракрасной области оптического спектра. При этом для возбуждения люминесценции нанокристал-лов всех цветов достаточно одного источника излучения. Такие уникальные свойства делают на-нокристаллы идеальными флуорофорами для сверхчувствительного многоцветного детектирования биологических объектов, а также медицинской диагностики, требующей регистрации многих параметров одновременно. В частности, синтезу наночастиц сульфида кадмия посвящена одна из статей данного выпуска.
Возможность генерации узкополосного высококогерентного излучения, а также широкополосного излучения с малой длиной когерентности лежит в основе методов корреляционной и допплеровской спектроскопии, лазерной интерферометрии, оптической когерентной томографии (ОКТ), а также многочисленных методов лазерной диагностики и терапии различных заболеваний. Эти методы эффективно используются для изучения динамических и структурных особенностей нормальных и патологически измененных биологических объектов. Детектирование и корреляционная обработка спекл-структур также позволяют получать диагностическую информацию о пространственно-временной организации биологических объектов. Примером наиболее важных медицинских задач, для решения которых перспективны когерентно-оптические методы, является измерение скорости диффузии воды и лекарственных препаратов в тканях человеческого организма. Исследования последних лет показали перспективность использования ОКТ для решения этой проблемы. Одна из работ выпуска посвящена измерению скорости диффузии воды в дентине зуба человека, еще в одной работе проанализированы пространственные и временные масштабы когерентности био-спеклов, формирующихся в биотканях.
Объяснение:
ОПТИКА И СПЕКТРОСКОПИЯ, 2010, том 109, № 2, с. 179-181
= БИОМЕДИЦИНСКАЯ ОПТИКА И СПЕКТРОСКОПИЯ =
УДК 535.8
БИОМЕДИЦИНСКАЯ ОПТИКА И СПЕКТРОСКОПИЯ © 2010 г. А. Н. Башкатов, В. В. Любимов, В. В. Тучин
В этом выпуске журнала "Оптика и спектроскопия" помещены статьи, отражающие современное состояние оптических технологий, применяемых и перспективных для применения в биомедицинских исследованиях. Бурное развитие оптической биомедицинской диагностики и терапии в настоящее время обусловлено многими факторами. Во-первых, это новые результаты фундаментальных исследований по взаимодействию оптического излучения с биологическими тканями и клетками, включая поляризованное излучение, флуоресценцию в многократно рассеивающей среде и спекл-интерференционные явления. Во-вторых, это существенный прогресс в области разработки средств доставки, детектирования и визуализации оптического излучения. В-третьих, появление новых компьютерных и на-нотехнологий. Все это дает возможность получения новой, ранее недоступной информации о живых объектах средствами спектроскопии и обеспечить более эффективное фотовоздействие на отдельные биологические структуры.
Оптика наночастиц и ее приложения в биомедицине представляют собой новую область нано-биотехнологии. Одной из перспективных областей применения люминесцентных полупроводниковых наночастиц, обладающих широким спектром поглощения и ярко выраженным узким пиком люминесценции в видимой части спектра, является медицинская диагностика. Поскольку длина волны флуоресценции нанокристаллов одного и того же состава строго зависит от их размеров, то изменяя размеры и состав полупроводниковых нанокристаллов, можно менять длину волны их флуоресценции от синей до инфракрасной области оптического спектра. При этом для возбуждения люминесценции нанокристал-лов всех цветов достаточно одного источника излучения. Такие уникальные свойства делают на-нокристаллы идеальными флуорофорами для сверхчувствительного многоцветного детектирования биологических объектов, а также медицинской диагностики, требующей регистрации многих параметров одновременно. В частности, синтезу наночастиц сульфида кадмия посвящена одна из статей данного выпуска.
Возможность генерации узкополосного высококогерентного излучения, а также широкополосного излучения с малой длиной когерентности лежит в основе методов корреляционной и допплеровской спектроскопии, лазерной интерферометрии, оптической когерентной томографии (ОКТ), а также многочисленных методов лазерной диагностики и терапии различных заболеваний. Эти методы эффективно используются для изучения динамических и структурных особенностей нормальных и патологически измененных биологических объектов. Детектирование и корреляционная обработка спекл-структур также позволяют получать диагностическую информацию о пространственно-временной организации биологических объектов. Примером наиболее важных медицинских задач, для решения которых перспективны когерентно-оптические методы, является измерение скорости диффузии воды и лекарственных препаратов в тканях человеческого организма. Исследования последних лет показали перспективность использования ОКТ для решения этой проблемы. Одна из работ выпуска посвящена измерению скорости диффузии воды в дентине зуба человека, еще в одной работе проанализированы пространственные и временные масштабы когерентности био-спеклов, формирующихся в биотканях.
свойства и эффекты флуоресценции.
m₁ = 8 кг
t₁ = 100 °C
λ = 3,33*10⁵ Дж/кг
с = 2,1*10³ Дж/(кг*°С)
L = 2,26*10⁶ Дж/кг
c₁ = 4,2*10³ Дж/(кг*°С)
m - ?
Решение
Q₁ = c * m * (0 °C - t)
Q₂ = λ * m
Q₃ = L * m₁
Q₄ = c₁ * m₁ * (t₁ - 0 °C)
Q₁ + Q₂ = Q₃ + Q₄
c * m * (0 °C - t) + λ * m = L * m₁ + c₁ * m₁ * (t₁ - 0 °C)
m * (c * (0 °C - t) + λ) = m₁ * ( L + c₁ * (t₁ - 0 °C))
m = m₁ * ( L + c₁ * (t₁ - 0 °C)) / (c * (0 °C - t) + λ)
m = 8 кг * (2,26*10⁶ Дж/кг + 4,2*10³ Дж/(кг*°С) * 100 °С) / (2,1*10³ Дж/(кг*°С) * 10 ⁰С + 3,33*10⁵ Дж/кг) = 8 кг * 2,68*10⁶ / 3,54*10⁵ ≈ 6,1*10¹ кг = 61 кг