Диссертация (1105151)

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

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТна правах рукописиУДК 535.214+534.138Любин Евгений ВалерьевичФОТОННО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ МАГНИТНЫХЧАСТИЦ, КЛЕТОК КРОВИ И ВОЛНОВОДНЫХ МОДФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ01.04.21 - лазерная физикаДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наукА.А. ФедянинМосква – 20142ОглавлениеОглавлениеВведение5Глава IОбзор литературы: применение метода оптического пинцетадля исследования физических явлений131. Метод оптического пинцета . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132. Калибровка установки оптического пинцета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193. Применения и научные задачи, решаемые методом оптического пинцета . .223.1. Микрореологические исследования методом оптического пинцета. .223.2. Метод анализа корреляционных функций броуновских смещенийчастиц в оптических ловушках . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223.2.1. Автокорреляционная функция броуновских смещений одиночной оптически захваченной частицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .233.2.2. Авто- и кросс-корреляционные функции броуновских смещений двух частиц, захваченных в две независимые оптическиеловушки . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243.2.3. Рассмотрение броуновских смещений двух оптически захваченных частиц из центров ловушек в виде коллективной и относительной моды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .283.3. Измерение угловой скорости вращения оптически захваченной частицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .303.4. Изучение взаимодействия магнитных микрочастииц . . . . .

. . . . . . . . .303.4.1. Одиночная захваченная оптическим пинцетом микрочастицаво вращающемся внешнем магнитном поле . . . . . . . . . . . . . . . . . .323.4.2. Измерения методом оптического пинцета зависимости магнитного момента микрочастиц от внешнего магнитного поля . .333.5. Изучение свойств эритроцитов методом оптического пинцета. . . . . .383.5.1.

Эритроциты: функции и строение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .393.5.2. Измерения эластичности и деформируемости эритроцитов . .403Оглавление3.5.3. Спектроскопия комбинационного рассеяния эритроцитов . . . .443.5.4. Агрегация эритроцитов. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .444. Применение оптического пинцета для измерения пондеромоторных сил,действующих на микрочастицы со стороны ближнепольной компонентыэлектромагнитного поля вблизи границы раздела сред . . . . .

. . . . . . . . . . . . .504.1. Общие свойства поверхностных электромагнитных волн . . . . . . . . . .514.2. Поверхностные плазмон-поляритоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .524.3. Поверхностные электромагнитные волны и волноводные моды в одномерных фотонных кристаллах . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .555. Задачи диссертационной работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58Глава IIИзучение силового взаимодействия магнитных микрочастиц методом оптического пинцета601. Получение аналитического вида корреляционных функций броуновского движения взаимодействующих магнитных микрочастиц в оптическомпинцете . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .602. Экспериментальное изучение броуновского движения оптически захваченных магнитных микрочастиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .642.1. Экспериментальная установка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .642.2. Экспериментальные результаты и их анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .683. Численное моделирование броуновского движения двух магнитных частицв оптических ловушках . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .764. Применение метода активной микрореологии для изучения магнитноговзаимодействия микрочастиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78Глава IIIПрименение оптического пинцета для определения силовыххарактеристик эритроцитов в аутологичной плазме крови831. Отработка методики активной реологии в оптическом пинцете: измерение передаточных амплитудно-частотных и фазочастотных характеристиксмещений захваченных частиц . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .834Оглавление2. Диагностика упруго-вязких свойств одиночных эритроцитов. . . . . . . . . . . . .892.1. Подготовка исследуемого образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .892.2. Захват эритроцита в оптическую ловушку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .892.3. Калибровка силы оптического захвата эритроцита . . . . . . . . . . . . . . .902.4. Определения коэффициента эффективной жесткости эритроцита . .932.5. Применение метода активной реологии в оптическом пинцете дляизмерения вязко-упругих характеристик эритроцита. . . . . .

. . . . . . . .953. Определение силы для дезагрегации эритроцитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003.1. Подготовка исследуемого образца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003.2. Искусственная агрегация и дезагрегация эритроцитов в оптическомпинцете . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013.3. Результаты измерения силы дезагрегации эритроцитов . . . . . . . . . . . 102Глава IVФотонно-силовая микроскопия электромагнитного поля волноводных мод одномерных фотонных кристаллов1041. Исследуемый образец фотонного кристалла .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1042. Экспериментальная установка для одновременного проведения угловойспектроскопии коэффициента отражения и фотонно-силовой микроскопиивблизи границы раздела сред . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 1133. Экспериментальные результаты по фотонной микроскопии первой волноводной моды в одномерном фотонном кристалле. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Заключение129Список литературы1325ВведениеВведениеМетоды исследования вязких и упругих характеристик микрообъектов, а такжесил взаимодействия между микрообъектами имеют важное практическое и фундаментальное значение для медицины, коллоидной химии, клеточной биологии и т. д.Один из таких методов основан на возможности жесткой фокусировки лазерного излучения. Пространственно неоднородное оптическое поле вблизи перетяжки сильно сфокусированного лазерного луча формирует эффективную пространственнуюпотенциальную яму.

Захват микрообъектов в такую потенциальную яму, а такжеуправление захваченными микрообъектами, называется методом оптического пинцета [1, 2]. Возможность управления положением микрообъектов позволяет применятьэтот метод для широкого круга задач, в том числе для искусственного упорядочения исортировки микрочастиц, предоставляет уникальную возможность изучения свойстводиночных микрообъектов без влияния их взаимодействия с подложкой или зондом.Эту возможность используют, например, для исследования люминесцентных [3] инелинейно-оптических [4] свойств одиночных микрочастиц, а также изучения поведения магнитных частиц в переменном магнитном поле [5].

Наибольшее распространение оптический пинцет получил в микробиологических приложениях, так как позволяет фиксировать и перемещать живые клетки в близкой к естественной для нихсреде. В частности, метод широко используется для изучения свойств эритроцитов.Оптический пинцет позволяет проводить количественное измерение сил взаимодействия фемтоньютонного масштаба между единичными микрообъектами, например,для изучения сил взаимодействия между биологическими клетками [6], определенияупругих свойств клеточных мембран [7] и отдельных макромолекул [8], измерениямагнитного момента микрочастиц [9, 10] и т.д. Применение метода оптического пинцета для измерения силовых взаимодействий получило название фотонно-силовоймикроскопии [11, 12].Вторая глава диссертационной работы посвящена развитию метода оптического пинцета для измерения свойств магнитных микрочастиц.

Суспензии магнитныхмикрочастиц имеют ряд практических приложений, например, они используются вмагнитной гипертермии для уничтожения раковых опухолей [13]. Единичные магнитные частицы применяются в качестве локальных зондов свойств среды [14, 15], аВведение6также в качестве инструмента, позволяющего осуществлять манипуляции с отдельными биологическими клетками и макромолекулами, например, для измерения модулякручения ДНК [16]. В данной диссертационной работе приводятся результаты по измерению силы, действующей между магнитными частицами, исследуется статистикаих теплового движения в ловушках, и предлагается метод по измерению магнитныхмоментов микрочастиц на основе анализа движения пары взаимодействующих микрочастиц, локализованных в двух оптических ловушках.Третья глава работы посвящена применению лазерной методики оптического пинцета для изучения силового взаимодействия эритроцитов при их агрегации. Способность красных кровяных телец к агрегации является одним из важнейших компонентов в микроциркуляции крови, а значит и функционирования организма в целом.До сих пор исследование агрегации эритроцитов актуально из-за неоднозначностив трактовке ее причин и механизмов, а также из-за значимости этого процесса вразвитии различных заболеваний, связанных с гемореологическими нарушениями.Возрастание степени агрегации и затруднение процесса дезагрегации клеток приводит к тому, что кровоток в венулах затрудняется, что ведет к ухудшению процессаснабжения тканей кислородом и является одной из причин развития ишемии и тромбоза, приводит к нарушению микроциркуляции крови.

Поэтому изучение явленияагрегации представляет не только фундаментальный, но и прикладной интерес длямедицины. Помимо изучения сил агрегации эритроцитов в работе предложено совмещение фотонно-силовой микроскопии с анализом движения оптически захваченногоодиночного эритроцита, как объекта с ярко выраженными вязко-упругими свойствами. Такой подход позволяет выделить колебания краев эритроцита, вызванные осциляциями положения оптической ловушки, много меньшие характерной амплитудыих броуновского движения в ловушке.

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