Idea przyłączenie chromoforu (fluoryzującego) do biomolekuły

Transkrypt

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 1/19

2 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 2/19

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 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 3/19

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 4/19

5 Rodzaje markerów 2) centra barwne (F-centres), np. w NaCl Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 5/19

6 Widmo absorpcji centrów barwnych w NaCl Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 6/19

7 Energie stanów centrów barwnych Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 7/19

8 Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 8/19

9 Centra barwne nitrogen vacancy (NV) syntetyczne diamenty a) HPHT (High Pressure High Temperature) b) CVD (Chemical Vapor Deposition) cena, kontrola parametrów (koncentracja N: ppm, cm 3, zawartość azotu - typ Ia lub IIa ) wytwarzanie centrów - naświetlanie wiązką jonizującą (e, p, He MeV, cm 2 ) N V Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 9/19

10 Własności spektroskopowe Struktura elektronowa NV 6 elektronów (2 dziury) stan podst. S = 1 rzadkość! 3 E ( e 1 a 1 1 ) 1 A 1 ( e 2 ) Zero-Phonon Line 532 nm ZPL NV 3 A 2 ( e 2 ) cm cm -1 Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 10/19

11 Centra NV - optyczna detekcja stanu spinowego Różne prawdopodobieństwa absorpcji; 0 rozprasza 30% więcej fotonów niż ±1 Transfer atomów z ±1 do 0 (pompowanie optyczne) absorpcja fluorescencja polaryzacja spinowa (P>80%) 0 : stan jasny ±1 : stan ciemny G H z M S = ±1> M S =0> Technika ODMR (Optically Detected Magnetic Resonance) (ADMR, FDMR) transfer populacji między podpoziomami spinowymi przez rezonansowe pole µw, ESR (podwójny rezonans) detekcja zmian absorpcji, fluorescencji,... Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 11/19

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 12/19

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 13/19

14 Rodzaje QD: 1) samoorganizujące się półprzewodnikowe w warunkach epitaksji na odpow. podłożu możliwość przestrajania widm potencjałem bramki Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 14/19

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 15/19

16 2) kropki koloidalne Powstają w wyniku wytrącania kryształów półprzewodnikowych z roztworów: 1 ~260 o C prekursorów Se, Cd 2 powstają nanocząstki CdSe 3 wzrost do pożądanego rozmiaru (czas reakcji) Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 16/19

17 Rozmiary: 2-10nm, atomów - bok atomów łącznie Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 17/19

18 poprawa świecenia kropki core-shell (różne materiały) Wojciech Gawlik, Metody Optyczne w Medycynie 2010/11 - wykł. 6 18/19

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