Metody optyczne w biologii i medycynie Tomasz Dohnalik (ZOA, pok. 352, tomasz.dohnalik@uj.edu.pl) Wojciech Gawlik (ZF, pok. 358, gawlik@uj.edu.pl) 10. 10. 2011, 10:30, sala 251, Właściwości optyczne ciał i tkanek, prawa biofizyki, fotochemia Lasery Metody obrazowania optycznego – mikroskopia Analityka, barwniki, kropki kwantowe, etc. Efekty fotodynamiczne Polaryzacja światła, magnetyzm atomowy Pompowanie optyczne Rezonans magnetyczny Obrazowanie magnetyczne Optyka fourierowska, tomografia optyczna Magnetometria Program: Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1

Mechanizm oddziaływania światła z materią światło = fala EM → ładunki → fala EM pole magnetyczne pole elektryczne elektron oddz. atomu z polem E (model klasyczny): indukowany moment elektr.: E z Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1

– konieczne absorpcja - chromofory Propagacja światła w ośrodkach materialnych Et Ei zmiana amplitudy (absorpcja) zmiana fazy (dyspersja) właściwości optyczne  Et L Et L Tylko światło pochłonięte może wywołać efekty bio/foto/chemiczne (prawo Grotthusa-Drapera) – konieczne absorpcja - chromofory Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1

Związek współczynnika załamania z prędkością światła prędkość fazowa prędkość grupowa © http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Kraaiennest Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1

Właściwości optyczne ciał absorpcja () – prawo Lamberta-Beera, współczynnik absorpcji a = 4  / ( dł. fali świetlnej), absorbancja A = aL (gęstość optyczna); A = log10 (I0 / I ) transmisja T = I / I0 W analityce współczynnikiem absorpcji określa się niezależną od stężenia c wielkość , związaną z absorbancją A i współczynnikiem absorpcji a relacją  = A/(c L)  - 0  T=I/Io 1  0 Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1

zależność transmisji od dł. fali T(), czyli widmo transmisyjne Uwaga, zależność transmisji od dł. fali T(), czyli widmo transmisyjne różni się od zależności absorbancji A() przy dużych gęstościach ośrodków. zależność kształtu widma transmisji T() od absorbancji/stężenia/gęstości optycznej (zniekształcana przez silną absoprcję) 20 10 0.2 0.4 0.6 0.8 1 A = 0.1 A = 1 A = 10 A = 500 Pomiar A() nie jest zniekształcany przez silną absorpcję  lepiej mierzyć A() niż T() Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1

Absorpcja tkanek – przykładowe widma Przykład korelacji widm niektórych składników gałki ocznej z widmami emisji szerokopasmowej lampy łukowej i monochromatycznego lasera Ar+ laser Ar+ HbO pigment soczewka & rogówka lampa łukowa skala logarytmiczna ! Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1

egzogenne mogą wyzwalać endogenne Chromofory a) endogenne: melanina, hemoglobina, rodopsyna, kwasy nukleinowe (UV), karoten, chlorofil,... b) egzogenne barwniki kationowe (tiazyny: błękit metylowy, tiopironina) – na zewnątrz komórki  w reakcji fotodynamicznej niszczą błony komórkowe fluoresceiny (np. róż bengalski, eozyna) i porfiryny – lokują się w cytoplaźmie  niszczenie str. cytoplazmatycznych, enzymów i RNA akrynidy – łączą się z DNA - mutacje egzogenne mogą wyzwalać endogenne np. ( Kwas 5- Aminolewulinowy )  Protoporfiryna Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1

Aktywacja chromoforu przez światło: diagramy Jabłońskiego S2 T2 intersystem crossing S1   10–10 – 10–8 s T1   10–6 – 10–3 s światło IR S0 selektywne reakcje fotochemiczne z otoczeniem ciepło ablacja, koagulacja, odparowanie, Wojciech Gawlik, Metody Opt. w Bio-Med, Biofizyka 2011/12 - wykł.1