Диссертация (1104273), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Зеленым цветом светятсяклеточные мембраны, синим – ядра, красным – КНН (см. раздел 2.2.8).Рис. 3.41. Изображение раковых клеток CF2Th с введенными в них суспензий КНН. Зеленый,синий и красный цвета соответствуют клеточной мембране, ядру и КНН.Рис. 3.42 содержит серию изображений раковых клеток CF2Th с введенными в нихсуспензий КНН. В данной серии фокус прибора изменялся, начиная с поверхности чашкиПетри, на которой происходил рост клеток, и заканчивая поверхностью клетки.Согласно представленным на рис. 3.42 данным, наибольшее свечение КНН наблюдаетсяпри фокусировке микроскопа на ядрах клетки (рис. 3.42, з-к). Таким образом можно сделатьвывод, что КНН могут проникать внутрь клетки, сохраняя при этом свои ФЛ свойства.
Такимобразом, показано, что КНН могут использоваться в качестве люминесцентных меток вбиомедицине.103абвгдежзиклмнопрРис. 3.42. Изображения раковых клеток CF2Th с введенными в них суспензий КНН приразличном фокусе микроскопа. Зеленый, синий и красный цвета соответствуют клеточноймембране, ядру и КНН.3.5. Модельное представление о распространении света в ансамблях кремниевыхнанонитей, определяющее их линейные и нелинейные свойстваПроанализировав полученные в главе 3 все экспериментальные результаты, можнопредложить следующую схему распространения света в ансамблях КНН (рис. 3.43).Пусть свет с интенсивностью I0 попадает в ансамбль КНН.
При этом вследствиеблизости длины падающей волны к характерным размерам диаметра нанонитей и среднегорасстояния между ними (d и D соответственно) свет рассеивается в ансамбле КНН, в результатечего образуются вторичные источники света. В результате многократного отражения ирассеяния свет либо частично выходит обратно и регистрируется индикатриса рассеяния в104заднюю полусферу (Iна а ), КРС (IКРС) и ФЛ (IФЛ), либо, в зависимости от выбора спектральногодиапазона, поглощается в ансамблях КНН и подложке c-Si и проходит через подложку, гдерегистрируется индикатриса рассеяния в переднюю полусферу (I перё ).Рис. 3.43.
Модельное представление о распространении света в ансамблях кремниевыхнанонитей на подложке c-Si.Как было показано в разделе 3.1.3, при увеличении длины КНН интенсивностьпрошедшего света уменьшается по гиперболическому закону, то есть при увеличении длиныКНН всё меньше света доходит до подложки c-Si и поэтому интенсивность сигнала рассеянногоназад света Iна а увеличивается. Причём, так как Iна а складывается из света рассеянного всемивторичными источниками, то интенсивность Iна а имеет логарифмическую зависимость от длиныКНН. Аналогичная логарифмическая зависимость наблюдается для полного отражения света, атакже интенсивностей сигналов КРС и межзонной ФЛ (см. разделы 3.1.2, 3.2 и 3.4.1соответственно), которая также объясняется уменьшение доли прошедшего света в подложку исуммированием по всем вторичным источниками рассеянного света от нанонитей.
При этом еслидлина падающего света меньше или порядка расстояния между нанонитями (λ ≤ D), котороеварьируется в пределах 100-500 нм, то свет может проходить между нанонитями за счётотражения от их стенок, чем объясняется линейная зависимость интенсивности видимой ФЛ отдлины КНН (см. раздел 3.4.2).105ЗаключениеВ работе изучены линейные и нелинейные оптические свойства слоёв кремниевыхнанонитей, сформированных методом металл-стимулированного химического травления наподложках кристаллического кремния, и получены следующие основные результаты:1. Для слоёв кремниевых нанонитей с длиной порядка и более 1 мкм в спектральнойобласти от 400 до 1000 нм наблюдаются низкие значения коэффициента полного отраженияпорядка 1%, что объясняется рассеянием света в условиях его сильного поглощения.
Вближнем инфракрасном диапазоне 1000 – 1500 нм наблюдается повышение диффузногоотражения, что указывает на усиление взаимодействия света с веществом в результате сильногорассеяния в области слабого поглощения. В среднем инфракрасном диапазоне спектра (2,5 – 50мкм) слои кремниевых нанонитей могут быть рассмотрены как эффективные оптические среды,показатель преломления которых определяется их пористостью.2.
Установлено, что индикатрисы упругого рассеяния света с длиной волны 1064 нм вансамблях кремниевых нанонитей длиной более 2 мкм хорошо описываются законом Ламберта,а интенсивность рассеянного назад сигнала растёт по логарифмическому закону с увеличениемдлины нанонитей.3. Установлено, что интенсивность спонтанного комбинационного рассеяния света икогерентного антистоксового рассеяния света может многократно возрастать в ансамбляхкремниевых нанонитей вследствие эффектов сильного рассеяния возбуждающего света. Ростинтенсивности комбинационного рассеяния зависит от морфологии кремниевых нанонитей, ихдлины и длины волны возбуждающего света. Для длины волны возбуждающего света 1064 нмнаблюдается логарифмическая зависимость интенсивности комбинационного рассеяния отдлины нанонитей.
Для нанонитей длиной более 1 мкм наблюдается деполяризацияориентационных зависимостей сигналов комбинационного рассеяния света.4. Измерения кросс-корреляционных функций падающих и рассеянных фотоновсвидетельствуют об увеличении времени взаимодействия света с веществом в слояхкремниевых нанонитей, которое оказалось максимальным для вертикально упорядоченныхнанонитей при возбуждении светом с частотой ниже края межзонного поглощения кремния.Для длины волны накачки 1250 нм обнаружено увеличение эффективности генерации третьейгармоники и изменение её ориентационных зависимостей в слоях кремниевых нанонитейдлиной 10-40 мкм по сравнению с исходными подложками кристаллического кремния, чтохорошо согласуется с увеличением времени взаимодействия возбуждающего света в массивахкремниевых нанонитей.1065.
Обнаружен рост интенсивности межзонной фотолюминесценции кремниевыхнанонитей при возбуждении светом с длиной волны 1064 нм по сравнению с исходнымиподложкамикристаллическогокремния,чтообъясняетсяувеличениемэффективногопоглощения возбуждающего излучения в условиях его сильного рассеяния и низкой скоростибезызлучательнойрекомбинациинаповерхностинанонитей.Интенсивностьфотолюминесценции немонотонно зависит от длины кремниевых нанонитей, а именно, вдиапазоне длин от 0,1 до 2 мкм интенсивность растёт по логарифмическому закону, тогда какдля больших длин кремниевых нанонитей интенсивность фотолюминесценции спадаетвследствие роста полного отражения возбуждающего света.6.
Измерения спектров и кинетик фотолюминесценции в диапазоне длин волн 500-1000нм показывают, что она может быть объяснена излучательными процессами в нанокристаллахкремния на поверхности нанонитей. Интенсивность фотолюминесценции зависит от условийформирования нанонитей, в частности, от электронных свойств используемых кремниевыхподложек и оказывается выше для нанонитей, выращенных на сильнолегированных подложкахкремния. Интенсивность фотолюминесценции при возбуждении лазерным излучением сдлинами волн 364 нм и 488 нм линейно зависит от длины кремниевых нанонитей в диапазонедлин от 0,1 до 10 мкм, что указывает на проникновение возбуждающего света междунанонитями за счёт отражения от их стенок.107Автор выражает благодарность своим научным руководителям — профессоруВ.Ю.
Тимошенко и доценту Л.А. Голованю за чуткое руководство и полезные обсуждения.АвторблагодаренсотрудникамфизическогофакультетаМГУЛ.А.Осминкиной,А.В. Павликову, А.И. Ефимовой и М.Б. Гонгальскому за помощь в проведении измеренийметодами инфракрасной спектроскопии и фотолюминесценции, В.А. Сивакову (Institute ofPhotonic Technology, г. Йена, Германия) и А.В.
Нескоромной (Факультет наук о материалахМГУ) за предоставленные образцы, В.Я. Гайворонскому (Институт физики НАН Украины,г. Киев) за помощь в измерении индикатрис упругого рассеяния света, А.А. Елисееву(Факультет наук о материалах МГУ) за помощь в измерении полного отражения света,Г.И. Петрову и В.В. Яковлеву (University of Wisconsin – Milwaukee, г. Милоуки, США) запомощь в измерении когерентного антистоксова рассеяния света, В. Лысенко (NanotechnologyInstitute of Lyon, г. Лион, Франция) за помощь в измерении объемного времени жизнифотовозбужденныхносителейзарядаметодоммикроволновойфотопроводимости,А.А.
Кудрявцеву и В.В. Соловьёву (Институт теоретической и экспериментальной биофизикиРАН, г. Пущино) за помощь в измерениях по биовизуализации раковых клеток, С.С. Абрамчуку(НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ) за измерения методамиэлектронной микроскопии. Также автор выражает благодарность заведующему кафедройобщей физики и молекулярной электроники профессору П.К. Кашкарову за возможностьвыполнения работы на кафедре и всему коллективу кафедры за плодотворные дискуссии ипомощь в работе.108Литература1. Cui Y., Lauhon L. J., Gudiksen M.S., Wang J., Lieber C.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
