Pęd momentum p=mv długość fali wavelength Częstotlwość frequency Energia energy 200 nm 300 nm 400 nm 480 nm 530 nm 590 nm 630 nm 700 nm 1000 nm 2000 nm 1,5 * 1015 Hz 1 * 1015 Hz 0,75 * 1015 Hz 0,63 * 1015 Hz 0,57*1015 Hz 0,51 * 1015 Hz 0,47 * 1015 Hz 0,42 * 1015 Hz 0,30 * 1015 Hz 0,15 * 1015 Hz Pęd momentum p=mv

Promieniowanie UVC ma najkrótszą długością fali ( 100 do 280 nm) Promienienie UVB ma długość fali 280-320 nm Promieniowanie UVA ma największą długość fali 320-400 nm

Widmo światła Spectrum Emisyjne emission - zależność natężenia emitowanego światła od długości fali Absorpcyjne absorption - zależność natężenia absorbowanego światła od długości fali Widmo Słońca Spectrum of Sun

INTERACTION OF LIGHT WITH MOLECULES ABSORPTION ( UV,VISIBLE, IR) FLUORESCENE PHOTOLUMINESCENCE PHOSPHORESCENCE REYLEIGH RAMAN SCATTERING

INTERACTION OF LIGHT WITH MOLECULES ABSORPTION ( UV,VISIBLE, IR) FLUORESCENE PHOTOLUMINESCENCE PHOSPHORESCENCE REYLEIGH RAMAN SCATTERING

Czym jest dziura ozonowa? W atmosferze ziemskiej na wysokości od 10 do 50 km występuje warstwa o podwyższonej koncentracji ozonu (O3) - ozonosfera. Maksymalne stężenie ozonu utrzymuje się na wysokości ok. 23 km. Zmniejszenie koncentracji ozonu w ozonosferze jest nazywane dziurą ozonową. Powstawanie dziury ozonowej Dziura ozonowa powstaje wskutek niszczenia warstwy ozonowej przez związki chemiczne, zwane freonami. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego freony ulegają fotolizie, w wyniku czego uwalniane zostają atomy chloru. Chlor wchodzi w reakcję z ozonem, tworząc równie aktywny tlenek chloru (ClO) oraz zwykły tlen (O2). Następnie reakcja dwóch cząsteczek tlenku chloru prowadzi do powstania cząsteczki dwutlenku chloru (ClO2) oraz uwolnienia kolejnego atomu chloru, który rozbija następne cząsteczki ozonu. Oprócz tego dwutlenek chloru może ulegać rozpadowi na atom chloru oraz dwuatomową cząsteczkę tlenu. Ocenia się, że roczne tempo spadku zawartości ozonu wynosi poniżej 0,2% w okolicach równika oraz od 0,4 do 0,8% w umiarkowanych szerokościach geograficznych. Jednak największe (i wciąż zwiększające się) tempo spadku ozonu stratosferycznego obserwuje się w rejonie bieguna południowego w okresie wczesnojesiennym (przełom września i października).

INTERACTION OF LIGHT WITH MOLECULES ABSORPTION ( UV,VISIBLE, IR) FLUORESCENE PHOTOLUMINESCENCE PHOSPHORESCENCE REYLEIGH RAMAN SCATTERING

FLUORESCENCE OF FLUORESCEIN

Jabłoński Diagram S1 FLUORESCENCJA T1 ABSORPCJA FOSFORESCENCJA S0 Internal conversion S1 intersystem crossing T1 FLUORESCENCJA ABSORPCJA FOSFORESCENCJA S0

Singlet state – net spin equal 0 Triplet state – net spin equql 1 Stan singletowy –wypadkowy spin wynosi 0 Singlet state – net spin equal 0 Stan tripletowy – wypadkowy spin wynosi 1 Triplet state – net spin equql 1 Stan podstawowy większości cząsteczek to stan singletowy Ground states of majority of molecules are singlet states Molecules O2 is exception. Its ground state is a triplet state Wyjątkiem jest cząsteczka tlenu O2, której stan podstawowy to stan tripletowy Można sztucznie przenieść tlen do stanu singletowego. Staje się on wtedy bardzo aktywny chemicznie i łatwo niszczy inne cząsteczki znajdujące się też w stanie singletowym It is possible to transfer oxygen molecules into singlet states. They become then extremely active and are able to destry any molecules in singlet states.

SPECTROFLUOROMETER Detector Excitation Monochromator Emission Monochromator Xenon Lamp Sample SPECTROFLUOROMETER

Behaviour in physiological fluids Molecules with delocalized electrones exhibit fluorescence. It is very useful property. Many compounds exhibiting biological activity including many drugs exhibit this property. Fluorescence spectroscopy (steady-state and time resolved) provides methodes which permit to determine or predict properties of compound with therapeutic meaning. For compounds which can find therapeutic application it is important to know: Their stability Behaviour in physiological fluids How their properties do change in dependence of pH and in dependence of presence of proteins and membranes Affinity of these compounds to membranes and proteins. Właściwość fluorescencji typowa dla molekuł ze zdelokalizowanymi elektronami to cecha niezwykle użyteczna. Wiele związków chemicznych wykazujących aktywność biologiczną, w tym te, które znalazły bądź mogą znaleźć zastosowanie terapeutyczne, posiada tę użyteczną właściwość. Spektroskopia fluorescencyjna (stacjonarna oraz rozdzielona w czasie) dostarcza metod, które pozwalają określić bądź przewidzieć szereg biofizycznych właściwości związków o znaczeniu terapeutycznym. Z punktu widzenia potencjalnych zastosowań klinicznych danego specyfiku jest ważne, jaka jest jego stabilność, jak zachowuje się on w płynach fizjologicznych, jak jego właściwości zmieniają się w zależności od pH, oraz w zależności od obecności białek lub błon komórkowych, jakie wykazuje powinowactwo do błon komórkowych, a jakie do białek.

Methods of fluorescence spectroscopy: measurement of life time of fluorescence (time domain, frequency domain) measurement of fluorescence anisotropy decay measurement of steady-state fluorescence anisotropy analysis of fluorescence spectra (emission and excitation) fluorescence microscopy two photon fluorescence spectroscopy and fluorescence microscopy (especially useful to study biological systems including tissue) Metody spektroskopii fluorescencyjnej: - pomiar czasu życia fluorescencji (time domain, frequency domain) - pomiar zaników anizotropii fluorescencji - pomiar anizotropii stacjonarnej - analiza widm fluorescencji (emisji oraz wzbudzenia) - mikroskopia fluorescencyjna - mikroskopia i spektroskopia dwufotonowa (szczególnie przydatna do badania układów biologicznych, w tym tkanek)

xi shu („drzewko radości”) CAMPTOTHECIN (CPT) xi shu („drzewko radości”) Biologicaly active Stabile for pH <5,5 nonactive Stabile for pH > 9

Laser induced fluorescence (LIF) as a method of cancer diagnosis Laserowo indukowana fluorescencja (LIF) Laser induced fluorescence (LIF) as a method of cancer diagnosis Język: Tongue (1) Cancer nowotwór (2) – healthy tissue tkanka zdrowa Płuca: Lung: (1)tumour (2) – healthy tissue tkanka zdrowa

PDD (photodynamic diagnosis) diagnostyka fotodynamiczna) PHOTOSENSIZER ABSORPION FLUORESCENCE S0

DIAGNOSTYKA FOTODYNAMICZNA - PDD PHOTODYNAMIC DIAGNOSIS (PDD) DIAGNOSTYKA FOTODYNAMICZNA - PDD Tumor Emission of red light by photosensitiser accumulated in cancer cells Administration of photosensitiser violet light illumination

Photosensitizer accumulates in cancer cells. Photosensitiser is injected into patient body (or is applied topically). Photosensitizer accumulates in cancer cells. Body is illuminated by the light with energy enough to excitation of photosensitiser. Regions into which photosensitiser is accumulated emit the red light. In photodynamic diagnosis the violet light is used to excitation of photosensitiser, but blue, green, yellow and also red may be used. Fotouczulacz akumuluje się w komórkach nowotworowych. Oświetlony światłem o energii wystarczającej do jego wzbudzenia, emituje światło czerwone. W diagnostyce fotodynamicznej do wzbudzania fotouczulacza najczęściej jest stosowane światło fioletowe, ale można też stosować światło niebieskie, zielone, żółte.

PDT (PHOTODYNAMIC THERAPY) S1 T1 S S0 T O2 PHOTOSENSIZER

PHOTODYNAMIC THERAPY (PDT) Long-lasting red light illumination Energy of red light shoud be enugh high to be absorbed by photosensitiser. Production of singlet oxygen by photosensitiser being in excited triplet state Necrosis of tumor Administration of photosensitiser

What kind of properties should have good photosensiser? It should: be non - toxic Exhibit the high affinity to cancer cells Red light fluorize After absorption of light (it should) easily cross into triplete state In triplet state easily interact with triplet oxygen and as a result of energy and spin exchange to produce the singlet oxygen

WHY THE RED LIGHT?