markery, nanocząstki, kropki kwantowe

1. markery, nanocząstki, kropki kwantowe Idea przyłączenie chromoforu (fluoryzującego) do biomolekuły sondy fluorescencyjnej  wizualizacja przez oświetlenie odpow. światłem • obrazowanie (możliwe poniżej dyfrakcyjnego ograniczenia rozdzielczości) DNA w jądrze wybarwione DAPI Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

2. Przykłady [z artykułu Jerzego Karpiuka (IChF PAN) Wiedza i Życie IX, 2011] chemosensory fluorescencyjne dla wykrywania ciężkich metali Zachód słońca na plaży w San Diego (kolonie zmutowanych żywych bakterii, wytwarzających białka fluoresc. w 8 kolorach)  diagnostyka Choroby Alzheimera (fluorescencja znaczników amyloidu odkładających się w gałkach ocznych)  Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

3. Rodzaje markerów – 1) barwniki fluorescencyjne • zielone: Cy2, fluoresceina (wzbudzana światłem niebieskim), • czerwone: rodamina (wzbudzana światłem zielono-żółtym), Texas red, • podczerwone: Cy5, Cy7, Alexa dyes • (głównie do znakowania przeciwciał) • żółte: Cy3, Alexa 568 • niebieskie: DAPI (absorbuje UV, fluoryzuje na jasnoniebiesko, • stabilny barwnik dla DNA, • zwłaszcza w utrwalonych komórkach); • Hoest 33342 – zasada działania analogiczna do DAPI; • może być stosowany w żywych, • nieutrwalonych komórkach • Oranż akrydynowy (AO) – selektywny, niespecyficzny • barwnik DNA i RNA. • Zielona fluorescencja dla DNA, czerwona dla RNA. • Może być stosowany w żywych, • nieutrwalonych komórkach. Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

4. Inżynieria genetyczna  białka „etykiety” • GFP (green fluorescent protein) – zielone (wyizolowane z Aequoria victori, kodowane • przez pojedynczy gen, można klonować i wprowadzać do komórek innych gat. • CFP – cyjan • YFP – żółte • DsRed (z Discosoma striata) – czerwone • BFP – niebieskie Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

5. Rodzaje markerów – 2) centra barwne (F-centres), np. w NaCl Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

6. Widmo absorpcji centrów barwnych w NaCl Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

7. Energie stanów centrów barwnych Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

8. Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

9. N V Centra barwne nitrogen vacancy (NV) • syntetyczne diamenty • a) HPHT (High Pressure High Temperature) • b) CVD (Chemical Vapor Deposition) •  cena, kontrola parametrów • (koncentracja N: 6 –600 ppm, 1018–1020 cm–3, • zawartość azotu - typ Ia lub IIa ) • wytwarzanie centrów - naświetlanie wiązką jonizującą • (e, p, He+, ... @ 1.7–3 MeV, 1016–1018 cm – 2) Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

10. Własności spektroskopowe 3 1 1 E ( e a ) 1 2 1 ( e ) Zero-Phonon Line A 1 100W @532 nm ZPL NV– 3 2 A ( e ) 2 • Struktura elektronowa NV– 6 elektronów (2 dziury) → stan podst. S = 1 rzadkość!   18 518 cm-1 14 706 cm-1 Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

11. Centra NV - optyczna detekcja stanu spinowego absorpcja fluorescencja |MS= ±1> 2 . 8 8 |MS=0> G H z Różne prawdopodobieństwa absorpcji; |0 rozprasza 30% więcej fotonów niż |±1 Transfer atomów z |±1 do |0 (pompowanie optyczne)  polaryzacja spinowa (P>80%) |0 : stan jasny |±1 : stan ciemny Technika ODMR (Optically Detected Magnetic Resonance) (ADMR, FDMR) – transfer populacji między podpoziomami spinowymi przez rezonansowe pole w, ESR (podwójny rezonans) – detekcja zmian absorpcji, fluorescencji, ... Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

12. Obserwacja pojedynczych centrów kryształ 2x2x0.32 mm sprawdzanie czy emituje pojedyncze centrum – pomiar funkcji korelacji Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

13. 3) Kropki kwantowe (Quantum Dots QD): Definicja: struktury półprzewodnikowe (studnie potencjału), w których ruch nośników prądu: elektronów, dziur, a także związanych par elektron-dziura (ekscytonów), jest ograniczony w 3D Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

14. Rodzaje QD: • samoorganizujące się półprzewodnikowe • w warunkach epitaksji na odpow. podłożu możliwość przestrajania widm potencjałem bramki Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

15. Zależność widm luminescencji od temperatury dla kropek CdMnTe/Zn0.79Cd0.21Te, xMn=0.04, wzbudzanych laserem He-Cd 442 nm (2.8 eV) [Piotr Wojnar, IF PAN ] Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

16. kropki koloidalne Powstają w wyniku wytrącania kryształów półprzewodnikowych z roztworów: 1 – nukleacja @ ~260 oC prekursorów Se, Cd 2 – powstają nanocząstki CdSe 3 – wzrost do pożądanego rozmiaru (czas reakcji) Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

17. Rozmiary: 2-10nm, • 50 -100 atomów - bok • 100 – 100 000 atomów łącznie Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

18. poprawa świecenia – kropki core-shell (różne materiały) Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6

19. Zastosowania - biofotoniczne – markery (tagowanie) Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6