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

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

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

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

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

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

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

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

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) V N *( [V] < 1022 cm-3 ) Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 9

Własności spektroskopowe Struktura elektronowa NV– 6 elektronów (2 dziury) → stan podst. S = 1 rzadkość! Zero-Phonon Line 3 E A 2 1 ( e ) a 100W @ 532 nm ZPL NV – *{ 5 electrons from N (1s2 2s2 2p3) and 1 from another N (charge)} *symmetry lowering *different electronic repartitions between a1 and e associated with different spectroscopic terms   18 518 cm-1 14 706 cm-1 Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 10

Centra NV - optyczna detekcja stanu spinowego 2 . 8 G H z absorpcja fluorescencja |MS=0> |MS= ±1> 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, ... *Large oscillator strenght for NV- between ground and excited state : 0.12 (Room-temperature coherent coupling of single spins in diamond, Gaebel, Jelezko) * Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 11

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

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

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

wzbudzanych laserem He-Cd 442 nm (2.8 eV) [Piotr Wojnar, IF PAN ] 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

1 – nukleacja @ ~260 oC prekursorów Se, Cd 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

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

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

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