Автореферат (1105150)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиЛюбин Евгений ВалерьевичФОТОННО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ МАГНИТНЫХЧАСТИЦ, КЛЕТОК КРОВИ И ВОЛНОВОДНЫХ МОДФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ01.04.21 – Лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2014Работа выполнена на кафедре квантовой электроники физического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова”.Научный руководитель:д.

ф.-м. н., проф. Федянин Андрей АнатольевичОфициальные оппоненты:д. ф.-м. н., проф. Лощенов Виктор Борисович,Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиИнститут общей физики имени А.М. ПрохороваРоссийской академии наук, Москвад. ф.-м. н., в. н. с. Хлебцов Борис Николаевич,Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиИнститут биохимии и физиологии растений и микроорганизмовРоссийской академии наук, СаратовВедущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиИнститут спектроскопии Российской академии наук, МоскваЗащита состоится “”2014 г. вчасовминут назаседании диссертационного совета Д501.001.31 в Московском государственном университете имени М.В.

Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва,Ленинские горы, МГУ, дом 1, корпус нелинейной оптики, аудитория имениС.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан “”2014 г.Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретарядиссертационного совета.Ученый секретарь диссертационногосовета Д501.001.31, к. ф.-м.

н.А.А.Коновко1Общая характеристика работыДиссертационная работа посвящена развитию и применению лазерной методики оптического пинцета для диагностики взаимодействия магнитных микрочастиц, изучения механических свойств биологических клеток, сил парной агрегации эритроцитов, а такжеисследования силового воздействия электромагнитного поля волноводной моды одномерного фотонного кристалла на пробную диэлектрическую микрочастицу вблизи поверхности этого кристалла.Методы исследования вязких и упругих характеристик микрообъектов, а также силвзаимодействия между микрообъектами имеют важное практическое и фундаментальноезначение для медицины, коллоидной химии, клеточной биологии и т.

д. Один из такихметодов основан на возможности жесткой фокусировки лазерного излучения. Пространственное неоднородное оптическое поле вблизи перетяжки сильно сфокусированного лазерного луча формирует эффективную пространственную потенциальную яму. Захватмикрообъектов в такую потенциальную яму, а также управление захваченными микрообъектами, называется методом оптического пинцета [1, 2]. Возможность управленияположением микрообъектов позволяет применять этот метод для широкого круга задач,в том числе для искусственного упорядочения и сортировки микрочастиц, предоставляетуникальную возможность изучения свойств одиночных микрообъектов без влияния ихвзаимодействия с подложкой или зондом.

Эту возможность используют, например, дляисследования люминесцентных [3] и нелинейно-оптических [4] свойств одиночных микрочастиц, а также изучения поведения магнитных частиц в переменном магнитном поле [5]. Наибольшее распространение оптический пинцет получил в микробиологическихприложениях, так как позволяет фиксировать и перемещать живые клетки в близкойк естественной для них среде. В частности, метод широко используется для изучениясвойств эритроцитов. Оптический пинцет позволяет проводить количественное измерение сил взаимодействия фемтоньютонного масштаба между единичными микрообъектами, например, для изучения силового взаимодействия между биологическими клетками,определения упругих свойств клеточных мембран и отдельных макромолекул [6], измерения магнитного момента микрочастиц [7] и т.д.

Применение метода оптического пинцетадля измерения силовых взаимодействий получило название фотонно-силовой микроскопии [8].В диссертационной работе метод оптического пинцета развит для измерения свойствмагнитных микрочастиц. Суспензии магнитных микрочастиц имеют ряд практическихприложений, например, они используются в магнитной гипертермии для уничтоженияраковых опухолей [9]. Единичные магнитные частицы применяются в качестве локальных зондов свойств среды [10, 11], а также в качестве инструмента, позволяющего осуществлять манипуляции с отдельными биологическими клетками и макромолекулами,например, для измерения модуля кручения ДНК [12]. В данной диссертационной работеприводятся результаты по измерению силы, действующей между магнитными частицами, исследуется статистика их теплового движения в ловушках, и предлагается метод поизмерению магнитных моментов микрочастиц на основе анализа движения пары взаимодействующих микрочастиц, локализованных в двух оптических ловушках.Лазерная методика оптического пинцета также применена для изучения силовоговзаимодействия эритроцитов при их агрегации.

Способность красных кровяных телец кагрегации является одним из важнейших компонентов в микроциркуляции крови, а зна-2чит и функционирования организма в целом. До сих пор исследование агрегации эритроцитов актуально из-за неоднозначности в трактовке ее причин и механизмов, а такжеиз-за значимости этого процесса в развитии различных заболеваний, связанных с гемореологическими нарушениями. Возрастание степени агрегации и затруднение процессадезагрегации клеток приводит к тому, что кровоток затрудняется, что ведет к ухудшениюпроцесса снабжения тканей кислородом и является одной из причин развития ишемии итромбоза, приводит к нарушению микроциркуляции крови.

Поэтому изучение явленияагрегации представляет не только фундаментальный, но и прикладной интерес в медицине. Помимо изучения сил агрегации эритроцитов в работе предложено совмещениефотонно-силовой микроскопии с анализом движения оптически захваченного одиночногоэритроцита, как объекта с ярко выраженными вязко-упругими свойствами. Такой подходпозволяет выделить колебания краев эритроцита, вызванные осциляциями положенияоптической ловушки, много меньшие характерной амплитуды их броуновского движения в ловушке.

Определяя разность фаз между колебаниями противоположных краевклетки в зависимости от частоты вынуждающей силы со стороны оптических ловушек,можно количественно характеризовать вязко-упругие свойства отдельного эритроцита.В последней части диссертационной работы методом фотонно-силовой микроскопииисследуется свойство электромагнитного поля волноводной моды фотонного кристаллаоказывать силовое воздействие на микрообъекты вблизи поверхности кристалла. Фотонные кристаллы — это структуры с периодическим изменением показателя преломленияна масштабах, сравнимых с длиной волны электромагнитного излучения. Эти структурыинтересны своими оптическими свойствами. Одним из таких свойств является возникновение при определенных условиях поверхностных электромагнитных волн и волноводныхмод с существенной локализацией электромагнитного поля вблизи границы фотонногокристалла.

Их характеризуют высокая степень пространственной локализации, направленность распространения, малая расходимость. Благодаря своим свойствам они могутполучить применение в современных устройствах, таких, например, как компьютерныечипы или оптические сенсоры. Они могут быть использованы в литографии, а также,как средство эффективной передачи информации.Целями работы является изучение влияния магнитного взаимодействия между микрочастицами на статистику их броуновского движения в оптических ловушках, разработка метода измерения сил магнитного взаимодействия микрочастиц с помощью оптического пинцета, изучение упруго-вязких и агрегационных свойств одиночных эритроцитов методом двухлучевого оптического пинцета и изучение методом фотонно-силовоймикроскопии свойств электромагнитного поля волноводной моды фотонного кристалла.Актуальность работы обусловлена как фундаментальным интересом к проблемам,связанным с управлением одиночными микрообъектами неоднородным лазерным излучением, так и интересом к исследованию магнитного взаимодействия микрочастицв суспензиях магнитных жидкостей, развитию методов диагностики вязко-упругих характеристик клеток крови и применении фотонно-кристаллических структур в сенсорах.

Обоснованность и достоверность экспериментальных результатов определяется использованием современного оборудования и многократным повторением экспериментов.Экспериментальные данные подтверждены теоретическими расчетами, основанными наадекватно выбранных физических моделях анализируемых процессов, а также не противоречат результатам других исследователей. Результаты экспериментальных и теоретических исследований неоднократно обсуждались на семинарах и докладывались на3специализированных научных конференциях по проблемам, связанным с тематикой диссертационной работы. Представленные результаты опубликованы в международных ироссийских журналах, являются новыми и получены впервые.Научная новизна результатов диссертации заключается в следующих положениях:• Впервые экспериментально методом фотонно-силовой микроскопии измерены силыпритяжения магнитных микрочастиц.

Предложен новый метод определения величины и градиента силы взаимодействия между двумя магнитными микрочастицамина основе корреляционного анализа смещений этих частиц из оптических ловушек.• Предложен новый метод для диагностики вязко-упругих свойств эритроцитов. Метод основан на анализе фазового сдвига в осцилляциях краев клетки, захваченныходновременно в две оптические ловушки, положение одной из которых периодически меняется со временем.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации