Рассеяние лазерного излучения на эритроцитах и моделирующих их частицах (1104631), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В параграфе 4.4 в ЛВП былорассчитано светорассеяние от сфероидальных частиц, моделирующих линейныеагрегаты эритроцитов, стоящих из 5 и 10 клеток. На рис. 11 представлена картина17Относительная интенсивность рассеяниярассеяния для случая агрегата состоящего из 10 частиц.1E81E71000000100000100001000100101020406080100120140160180угол рассеяния θ , градусыРис. 11. Диаграмма рассеяния лазерного излучения на сфероиде, моделирующимлинейный агрегат состоящий из 10 эритроцитов, при облучении перпендикулярно осисимметрии ( θ 0 = 90 o ), полученная в ЛВП. Плоскость рассеяния определяется направлениемпадающего пучка и осью симметрии сфероида ( ϕ = 0 o ). Полуоси сфероида a = 3.15 мкм, b = 10мкм; относительный показатель преломления n = 1.05.Отметим, что время расчета индикатрис рассеяния методом ЛВП практически независит от размера и показателя преломления частиц и составляет порядка 20-25минут.
Параграф 4.5 посвящен расчету фазовой функции рассеяния лазерногоизлучения усредненной по ориентациям частицы в пространстве. Используя ЛВП,мы провели усреднение диаграмм рассеяния лазерного излучения по ориентациямсфероида. Далее по полученной усредненной кривой был найден факторанизотропии, или средний косинус угла рассеяния. Он оказался равным 0.9973. Затемдля данного фактора анизотропии была построена функция Хеньи-Гринштайн.
Былопоказано, что феноменологически введенная функция Хеньи-Гринштайн отличаетсяот вычисленной усредненной функции. Так, в диапазоне углов рассеяния от 0 до 40градусов функция Хеньи-Гринштайн меняется на 7 порядков, тогда как усредненнаяфазовая функция рассеяния меняется всего на 4 порядка. Опираясь на проделанные вэтой главе расчеты в параграфе 4.6 обсуждается класс частиц для которыхстановится оправданным использовании ЛВП для расчета рассеянии лазерногоизлучения. А именно, ЛВП может использоваться для частиц с параметрами размераот 60 до 500. Для таких частиц время, которое требуется для вычислениясветорассеяния и компьютерные ресурсы не велики. Применительно кбиологическим частицам, таким как эритроциты и их агрегаты, параметры размеровкоторых лежат в области применимости ЛВП, данный метод сравним по точности сДДП, но значительно превосходит последний по скорости счета, а также требуетзначительно меньшие компьютерные ресурсы.18В пятой главе, с использованием метода лазерной дифрактометрии иагрегометрии проведено экспериментальное исследование дифракции и рассеяниялазерного излучения эритроцитами.
В качестве теоретической основы используемыхметодов в параграфе 5.1 проведен теоретический расчет дифракции света насуспензии эритроцитов. Для того чтобы иметь возможность описать рассеяниелазерного излучения в широком пучке в данном параграфе также приведенаметодика расчета дифрагированной компоненты рассеянного излучения. Показано,что в ЛВП, описанном в главе 3, комплексная амплитуда поля регистрируемого наэкране при облучении частицы лазерным излучением с комплексной амплитудой ε 0определяется выражением ε = ε 0 + ε S (m) − ε S (m = 1) . В случае, когда перекрытначальный лазерный пучок (метод темного поля): ε = ε S (m) − ε S (m = 1) . Отсюдаследует, что для оптически мягких частиц ( m − 1 << 1 ), каковыми являютсяэритроциты, картина рассеяния света на частицах мало отличается от картиныдифракции света на соответствующем отверстии. При действии на эритроциты всильно разбавленной суспензии сдвигового напряжения они вытягиваются(деформируются) в направлении вектора скорости.
Показано, что, что еслиэритроцит расширяется в каком-нибудь направлении в µ раз, то дифракционнаякартина Фраунгофера от него сжимается в том же направлении в µ раз. Приоблучении суспензии эритроцитов лазерным пучком с диаметром 1 мм, в лазерныйпучок попадает порядка 1000 эритроцитов. Интенсивность лазерного излучения,рассеянного вперед от суспензии эритроцитов, представляет собой сумму картинрассеяния от каждого из эритроцитов, попадающих в апертуру лазерного пучка, вотдельности.
Таким образом, суммарная дифракционная картина рассеяния света наN эритроцитах определяется картиной дифракции на одиночном эритроците. Отсюдаследует, что для оценки размера объекта (эритроцита) достаточно знать значениепараметра функции Бесселя в точках максимума или минимума и угол дифракции. Вреальных популяциях эритроцитов клетки несколько отличаются друг от друга(явление анизоцитоза), что приводит к изменению дифракционной кривой посравнению со случаем одинаковых клеток. Принято [А.Л. Чижевский, Структурныйанализ движущейся крови – М.: Изд-во АН СССР, 1959], что при нормальных(непатологических) анизоцитозах распределение эритроцитов по размерамдостаточно близко к распределению Гаусса.
Это дает возможность получатьинформацию о параметрах распределения эритроцитов по размерам из анализарегистрируемой в экспериментах картины рассеяния. Для измерений параметрадеформируемости эритроцитов, параметров их распределения по размерами в даннойработе был использован агрегометр-дифрактометр LADE-6, разработанный в нашейлаборатории под руководством проф. Н.Н. Фирсова (кафедра физики РГМУ).Основной частью экспериментальной установки являются два соосныхцилиндрических тонкостенных стакана, изготовленных из полированногооптического оргстекла. Внешний стакан может вращаться относительно внутреннегос заданной скоростью. Величина зазора между стаканами ними 1 мм.
Высота обоихцилиндров более, чем на порядок, превышает величину зазора между ними, поэтому19распределение скорости движения суспензии в зазоре в радиальном направленииможно считать линейным. В ходе проведения эксперимента скорость сдвигаступенчато изменяется в диапазоне от 13.8 до 1550 с-1. Оптическая часть приборасостоит из диодного лазера, луч которого диаметром 1 мм проходит слойисследуемой, сильно разбавленной суспензии эритроцитов. Суммарнаядифракционная картина, образованная вкладами дифракционных картин от каждогоэритроцита, попадающего в лазерный пучок, регистрируется с помощью CCDкамеры (PCO тип VC44 (Германия)). Дифракционная картина, наблюдаемая врезультате дифракции света на разбавленной суспензии эритроцитов, представляетсобой систему концентрических окружностей максимумов и минимумов приотсутствии сдвиговых напряжений или эллипсов, повернутых на π/2 относительнобольшой оси удлиненного в потоке эритроцита.
Количественно деформируемостьэритроцитов характеризуется параметром деформируемости (ПД), которыйопределяется, как ПД = (a − b) /(a + b) , где a и b - большая и малая полуоси эллипса,определяются по уровню одинаковой интенсивности дифракционной картины. Врезультате измерений можно получить значения параметров деформируемостиэритроцитов для различных значений сдвигового напряжения. Для определенияраспределения эритроцитов по размерам установка была немного изменена.
Этосвязано с тем, что в этом случае информацию необходимо получать из максимума иминимума первого порядка, которые очень слабо регистрируются с помощьюимеющейся у нас CCD—камеры. Здесь для регистрации дифракционной картиныбыл использован цифровой фотоаппарат Sony DSC F-707. Для более отчетливоговыделения максимума и минимума первых порядков и во избежание засветкиизображения был перекрыт нулевой максимум дифрагированного света.Концентрация эритроцитов в суспензии выбиралась из расчета, что при заданнойтолщине слоя 1 мм должно происходить однократное рассеяние лазерного луча.Разведение пробы цельной крови должно быть примерно в 500 раз.
Пробу свежейкрови объемом 1,4 .10-2 мл разводили 6 мл раствора из дистиллированной воды, NaClи высокомолекулярного полиэтиленоксида в концентрации 0.5%. В параграфе 5.2описывается метод лазерной агрегометрии для измерения времен образованиялинейных и трехмерных агрегатов, а также их гидродинамической прочности [A.V.Priezzhev, O.M. Ryaboshapka, N.N. Firsov, I.V. Sirko, Journal of Biomedical Optics,04(01), 76-84 (1999)]. В качестве основы агрегометра использовалась также ячейкаКуэтта. Зазор между стаканами наполняли цельной кровью в объеме 2.3 мл, а несуспензией эритроцитов.
Кровь облучалась излучением лазерного диода ( λ = 633нм). Рассеянное назад излучение, регистрировалось фотоэлектрическим детектором.Полное измерение на образце цельной крови объемом 2.3 мл проводится в два этапа.На первом этапе регистрировалась интенсивность лазерного излучения рассеянногоназад при агрегационной кинетике. Вначале образец крови подвергалсямаксимальной скорости сдвига.
В этих условиях полностью разогрегированныеэритроциты выстраиваются в потоке и испытывают деформацию. Затем вращениевнешнего стакана относительно внутреннего в Ячейке Куэтта мгновенноостанавливается. В момент остановки вращения наблюдается мгновенный скачек20интенсивности рассеянного назад излучения, соответствующий восстановлениюформы деформированных эритроцитов. Далее процесс спонтанной агрегациисопровождается монотонным уменьшением интенсивности излучения рассеянногоназад. В процессе агрегации эритроцитов происходит последовательно образованиелинейных, а затем и трехмерных агрегатов. Когда рост агрегатов прекращается,уровень интенсивности рассеяния становится постоянным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
