Диссертация (Разработка методики и технических средств анализа нанообъектов на примере патогенных микроорганизмов в питьевой воде), страница 15

Таблицу 10). После этого образец освещался вспомогательным лазером с длиной волны λ3=480 и регистрировался спектр, возбуждаемый двумя лазерами с длинами λ3 =480 нм иλ1=1017 нм. Происходила смена исследуемого образца наномаркера. Изменениеположение волноводов и штативов во время смены образцов не производилось.Такая последовательность действий при регистрации спектров была повторенапри использовании в качестве источников возбуждения лазера с рабочей длинойволны λ2 = 810 нм.Примеры полученных спектральных распределений излучения приведенына рисунках 30-33, на которых отражена зависимость относительной интенсивности излучения от длины волны.

Относительная интенсивность Iотн = 10 ∙ lg⁡(I/Iо),где I – измеренное значение интенсивности, Iо – опорный уровень в 1 мВт.Анализ спектральных распределений рассеяния пустых кювет показал, чтодля используемых основных лазеров характерно расплывание волнового пакета,обусловленное прохождением излучения по волноводу.Применяемые в установке лазеры с длинами волн λ1 =1017 нм, λ2 =810 нм –одномодовые. Появление «паразитных» мод объясняется существованием нескольких максимумов излучения в спектрах пустых кювет.104В частности, в спектре излучения пустой кварцевой кюветы регистрируемой анализатором спектра «Agilent» при прохождении сквозь нее лазерного излучения с длиной волны λ2 =810 нм (Рис. 4.9) вместо одной линии с длиной волны810,00 нм ±0,5 нм обнаруживаются две линии с длинами волн 815,82 и 816,54 нм.Кроме того, наблюдается малоинтенсивная паразитная мода с длиной волны811,78 нм. Для подтверждения отсутствия корреляции изменений в спектре от используемого приемника излучения серия экспериментов была повторена на анализаторе спектра «Yokogawa».

Пример на Рис. 4.10 показывает расслоение основной лазерной моды возбуждающего излучения на длины волн 811,43 и 811,98 нм.Также в спектре наблюдаются малоинтенсивные моды на 810,76 и 812,81 нм.Рис. 4.9. Спектр излучения со спектроанализатора «Agilent» кварцевой кюветыпри прохождении сквозь нее лазерного излучения с λ2 =810 нмСпектральные распределения излучения с рабочей длиной волны λ 1 = 1017нм, прошедшего пустую кювету, представлены на Рис.

4.11 со спектроанализатора «Agilent» и Рис. 4.12 с приемника излучения «Yokogawa».Обнаружено, что наименее подвержено расплыванию излучение от лазерас длиной волны λ1=1017 нм. Наличие трех мод в собственном излучении лазера сдлиной волны λ2 =810 нм может привести к конкуренции мод и, как следствие, к105сильной нестабильности выходного напряжения, что в свою очередь обуславливает выбор в качестве источника излучения для дальнейших экспериментов лазерс рабочей длиной волны λ1=1017 нм.Рис.

4.10. Спектр излучения со спектроанализатора «Yokogawa»кварцевой кюветы при прохождении сквозь нее лазерного излучения с λ2 =810 нмРис. 4.11. Спектральное распределение излучения с анализатора спектра«Agilent» кварцевой кюветы при возбуждении излучением с λ1 =1017 нм106Рис. 4.12.

Спектральное распределение со спектроанализатора «Yokogawa» кварцевой кюветы при прохождении сквозь нее лазерного излучения с λ1 =1017 нмПосле уточнения режимов и параметров установки производилась регистрация спектров излучения прошедшего растворы исследуемых наномаркеров.При проведении измерений плотность мощности возбуждающего излучения с основного блока лазеров оставалась неизменной, мощность облучения раствороврегулировалась за счет подачи вспомогательного излучения с длиной волныλ3=480 нм (см. схему Рис. 4.8).Примеры спектральных распределений маркеров FAM и HEX в отсутствиии наличии вспомогательного излучения представлены на рисунках 4.13-4.16.

Прирегистрации спектров в качестве приемников излучения использовались анализаторы спектра «Agilent» и «Yokogawa».107Рис. 4.13. Спектр излучения λ1=1017 нм, рассеянного маркером FAM в отсутствиивспомогательного излучения, со спектроанализатора «Agilent»Рис. 4.14. Спектр излучения λ1=1017 нм, рассеянного маркером HEX при наличиивспомогательного излучения λ3=480 нм, полученный с анализатораспектра «Agilent»108Рис. 4.15.

Спектр излучения λ1=1017 нм, рассеянного маркером HEX в отсутствиивспомогательного излучения, со спектроанализатора «Yokogawa»Рис. 4.16. Спектр излучения λ1=1017 нм, рассеянного маркером FAM приналичии вспомогательного излучения λ3=480 нм, полученный санализатора спектра «Yokogawa»109Сравнение спектральных распределений излучения кварцевой кюветы, содержащей наномаркеры, в отсутствии и присутствии вспомогательного лазерногоизлучения с максимумом соответствующим линии возбуждения флюоресценции(Рис. 4.13-4.16) показало, что характер изменений в спектрах одинаков для всехисследованных наномаркеров. А именно, в спектрах кювет, содержащих наномаркеры, в отсутствии облучения вспомогательного лазерного излучения с λ 3=480нм, наблюдаются две полосы с максимумами около 1017 и 1023 нм, приблизительно одинаковой интенсивности. Интенсивность полос определялась по максимальной интенсивности.В спектрах излучения кварцевой кюветы, содержащей наномаркеры, облучаемые вспомогательным лазерным излучением с длиной волны λ3=480 нм,наблюдается перераспределение в интенсивностях этих полос, а именно интенсивность полосы 1023 нм возрастает по сравнению с интенсивностью полосы1017 нм.

Кроме того, каждая полоса для некоторых маркеров расщеплена на двелинии (FAM, Рис. 4.13, 4.15), для других имеют множественное расщепление полосы (HEX, Рис. 4.14, 4.16), при этом величина расщепления составляет порядка0,8-1,1 нм. Это расщепление не может служить информативным параметром,поскольку вызвано нестабильностью возбуждающего излучения на длиневолны λ1 =1017 нм.Наиболее типовые распределения показывают, что на базе данного экспериментального материала можно определить основные параметры лазеров и соответствующие им маркеры. Сравнение результатов спектра ВРМБ-сигнала и возбуждающего лазерного излучения показывают:1.Наименьшее появление шумового сигнала соответствует наномаркеруHEX при возбуждении источниками 0,488 мкм и 1,01 мкм.2.Наименьшее «расплывание» сигнала по частоте соответствует отклику, регистрируемому на частоте 1,01 мкм.3.Обработка сигнала в красной полосе спектра затруднена из-за сильнойнестабильности сигнала, связанной, как показано с внутренней конкуренцией собственных мод источника излучения.110Анализ результатов экспериментального и статистического исследованияпоказал, что стабильный люминесцентный сигнал маркеров наблюдается при регистрации в полосе 1,01 мкм.

Для повышения точности и не допущения перегреваобразца, лазер должен работать в импульсном режиме, длина импульса и скважности должна быть подобрана экспериментально. Нижней границей скважностиявляется время, необходимое на поддержание температуры порядка 400 С. В красной области спектра наблюдается паразитная конкуренция мод, поэтому возникает требования к одномодовости источников излучения. Полоса выше 1,3 мкмнаходится вне зоны люминесценции [2], как белка, так и ДНК исследуемого патогенного организма и в этой области можно ввести дополнительный источник дляконтроля шумовых параметров лабораторного стенда.Мощность для достижения стабильности обнаружения эффекта, поступающая в среду от лазерных источников, составляет порядка 40 мВт.

Для дальнейшего исследования предлагается считать этот уровень базовым для полученияэффекта ВРМБ ДНК-структур.4.3. Анализ оптических характеристик патогенных микроорганизмовС целью получения статистических параметров необходимых для исследования модели распространения когерентного излучения в водной среде, содержащей патогенные возбудители, проведена следующая серия экспериментов по облучению растворов, содержащих объекты микробиологии – кишечной палочки(E.coli штамма colifag K12), сальмонеллы.Измерения проводились по методике, разработанной в предыдущем разделе в соответствии со схемой (Рис. 3.1).

В держатель для кювет помещались кюветы с различными концентрациями (10, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109 КОЕ/мл –колониеобразующих единиц на мл питьевой воды) растворов кишечной палочки.Сформирована база спектральных распределений более 700 спектров надлине волны λ1 =1017 нм для подтверждения присутствия закономерного эффектапоявления в спектре дополнительного пика, вызванного вынужденным рассеянием Мандельштама-Бриллюэна.Пример таких распределений со спектроанализато-111ра «Agilent» приведен на Рис.