Автореферат (1150765)

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

Текст из файла

На правах рукописиЗЮБИН Андрей ЮрьевичСПЕКТРАЛЬНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯФОТОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С УЧАСТИЕМ МОЛЕКУЛКРАСИТЕЛЕЙ И БИОМОЛЕКУЛ В ПРИСУТСТВИИНАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА01.04.05 — ОптикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукКалининград2018Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего образования «Балтийский федеральный университет имениИммануила Канта»Научный руководитель:кандидат физико-математических наук, доцент,ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университетимени Иммануила Канта»Самусев Илья ГеннадьевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессор кафедра молекулярной биофизики и физики полимеровфизический факультета ФГАОУ ВО «СанктПетербургский государственный университет»Касьяненко Нина Анатольевнадоктор химических наук, профессор кафедры физикифизико-технического института ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имениГагарина Ю.А.»Мельников Геннадий ВасильевичВедущая организация:ФГАОУ ВО «Оренбургский государственный университет»Защита диссертации состоится «28» июня 2018 г.

вчасов на заседании диссертационного совета Д 212.232.45 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:198504, Санкт-Петербург, Петродворец, Ульяновская ул. 1, малый конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Горького СПбГУ поадресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9.Диссертация и автореферат размещены на сайте www.spbu.ruАвтореферат разослан «»г.Ученый секретарьдиссертационного советаД 212.232.45доктор физ.-мат. наук, доцентСухомлинов В.С.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В последние десятилетия методы флуоресцентной и колебательной спектроскопии, применяемые для исследования вещества являются универсальными чувствительным инструментом для решения задач исследований структуры биомолекул[1–3].С другой стороны, в исследованиях биомолекул активно применяются плазмонные материалы, созданные на базе благородных металлов и меди, обладающие специфическими оптическими свойствами [4-6].

Данные материалы активно внедряются в методики колебательной и флуоресцентной спектроскопии, используемые для диагностики биомолекул [7, 8].Особый интерес представляет применение флуоресцентных и колебательных методик в исследованиях молекулярных систем и объектов нанометрового масштаба с использованиемдиполь-дипольных обменных энергетических процессов и явления плазмонного резонансадля анализа малых концентраций и единичных биомолекул.Однако, несмотря на активное применение оптических методов исследований для изучения широкого спектра модельных химических соединений и биомолекул, существует значительный интерес, как к применению уже имеющихся результатов теоретических и экспериментальных исследований, так и выявлению новых закономерностей и к разработке новыхметодов, для практического изучения биомолекул при наступлении различных патологий [912].Данная диссертационная работа направлена на:А) Экспериментальное изучение фотофизических процессов поглощения, флуоресценции, комбинационного рассеяния, с последующей оценкой энергетического обмена междунаночастицами (НЧ) серебра и молекулами красителей в модельных средах - пленках поливинилового спирта (ПВС), в том числе помещенных на шероховатых поверхностях стекла,допированных НЧ серебра.Б) Практическое применение методов флуоресцентной и колебательной спектроскопии,с использованием результатов модельных исследований, для анализа структуры и оптических свойств биомолекул при наступлении патологии, включая разработку новых оптических методик и подбор экспериментальных условий для исследования биомолекул, в томчисле короткоживущих.Цель работы заключается в экспериментальном и теоретическом изучении фотофизических процессов с участием НЧ серебра, биомолекул и красителей на поверхности твердоготела, в полимерных матрицах и в растворах; использовании выявленных закономерностей иэкспериментальных параметров для анализа структуры и оптических свойств биомолекулпри патологиях, а также создания новых методик.Для достижения цели были поставлены следующие задачи:31.

Изучить безызлучательные процессы переноса электронной энергии в области металлусиленной флуоресценции между адсорбатами молекул родамина 6Ж и НЧ серебра на шероховатом стекле, в том числе на подвергнутом процессу низкотемпературного термическоговоздействия (до 350°С), а также в пленке ПВС.2. Провести теоретическую оценку степени усиления комбинационного рассеяния светаи параметров металл-усиленных флуоресценции и поглощения Р6Ж и НЧ серебра, а такжепараметров переноса энергии в модельных средах: пленках ПВС и на поверхностях шероховатого стекла.3. Методами колебательной и флуоресцентной спектроскопии, исследовать конформационное состояние вторичной структуры белковых молекул по группам Амид I, II, III сывороточного альбумина человека (САЧ) в норме и при патологии (сепсис), в растворе и адсорбированных на структурированной серебряной поверхности, в том числе с применением математических методов разрешения спектрального сигнала.4.

Выполнить расчеты коэффициентов усиления комбинационного рассеяния света длямолекул белка, адсорбированного на наноструктурированных серебряных пленках.5. Выполнить расчет параметров анизотропии флуоресценции молекул белка в норме ипатологии, а также оценить с их помощью степень конформационных изменений молекулбелка при наступлении патологии (сепсис).6. Разработать экспериментально-теоретический подход к исследованию концентрациймолекул АТФ методом конфокальной микроскопии в эритроцитах и митохондриях.Положения, выносимые на защиту:1. Механизм усиления КР света, позволяющий достичь коэффициента усиления КР10 степени в области металл-усиленной флуоресценции и поглощения, с участием молекул4Р6Ж и НЧ серебра в пленке ПВС на шероховатом стекле, подвергнутом процессу низкотемпературного (до 350ºС) термического спекания.2. Положение спектрального максимума группы Амид I, характеризующее переходСАЧ к неупорядоченной укладке вторичной структуры, определяемые с помощью математических методов обработки спектрального сигнала.3.

Конформационные изменения белковых молекул САЧ, возникающие вследствиеналичия патологии «сепсис», определяемые с помощью колебательной и флуоресцентнойспектроскопии в растворе и на структурированной серебряной шероховатой поверхности.4. Флуоресцентный метод для количественного определения концентрации молекуладненозинтрифосфата в клетках крови и митохондриях с точностью до 0,01 мг/мл.Научная новизна:1.

Получены новые результаты экспериментальных исследований по биосовместимыммодельным матрицам шероховатого стекла и ПВС с внедренными в них НЧ серебра и безНЧ. Показано, что оптическая спектроскопия адсорбатов молекул красителей и НЧ серебра в4пленках ПВС и на поверхности шероховатых стекол, в том числе подвергнутых низкотемпературному термическому отжигу, позволяет получить и оценить эффективность обменаэнергией по модели Фёрстера, между электронно-возбужденными и невозбужденными молекулами в среде.2. Показано, что при наличии НЧ серебра и молекул красителей в матрице ПВС возникают центры поглощения и рассеяния электронной и колебательной энергии.

При этомнаблюдается усиление флуоресценции и поглощения молекул. Экспериментально установлено, что модифицированные НЧ серебра шероховатые стекла позволяют усилить поверхностными плазмонами НЧ серебра сигнал КРС на молекулах Р6Ж (до 104).3. Впервые экспериментально, с применением методов флуоресцентной и колебательной спектроскопии, исследована вторичная структура белковых молекул при патологии(сепсис), в растворе и адсорбированных на структурированной серебряной поверхности, втом числе путем определения параметров энергетического обмена белковой молекулы в присутствии НЧ серебра. Показано, что количество α-трубчатых слоев в молекуле белка уменьшается и молекула претерпевает конформационные изменения ее вторичной структуры.

Показано увеличение флуоресценции аминокислотных остатков триптофана (Trp) вследствиевыхода остатков Trp на поверхность белковой глобулы.4. Предложена последовательность применения алгоритмов математической обработки для разрешения ИК-спектров и выделения сдвигов в характеристических полосах амидных групп.5. Впервые предложен неинвазивный адресный флуоресцентный метод оценки in vitroконцентрации короткоживущих молекул АТФ в клетках крови и митохондриях пациентовдля прогнозирования степени тяжести побочных реакций при проведении химиотерапииострых лимфобластных лейкозов.Научная и практическая значимость работы:1.

Эффект контролируемого плазмонного усиления КР, регистрируемый на синтезированных наноструктурированных поверхностях шероховатого серебра может быть использован в колебательной спектроскопии белков для анализа их конформационных особенностей.2. Предложенная последовательность применения алгоритмов математической обработки ИК-спектров может быть использована для разрешения сигналов в спектральном анализе белковых молекул, клеток.3.

Полученные закономерности в результате применения металл-усиленной флуоресценции и анизотропии в комплексе НЧ-белок в растворе могут быть использованы для анализа вторичной структуры белковых молекул путем оценки параметров энергетического обмена в комплексе НЧ-белок и коэффицента вращательной диффузии белковой молекулы.54. Предложенный адресный неинвазивный флуоресцентный метод оценки концентрации короткоживущих молекул АТФ в клетках крови и митохондриях пациентов in vitro может быть использован в медицине для оценки состояния пациентов, получающих химиотерапию, при лечении острого лимфобластного лейкоза.Степень достоверности результатов проведенных исследований обеспечиваетсятщательной и глубокой проработкой литературных данных по теме диссертации с последующей постановкой актуальных экспериментов, а также применением современного инструментария для достижения целей и задач диссертации, публикацией основных положенийдиссертации в рецензируемых журналах, в том числе международных изданиях.

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