Прикладное значение решения прямых и обратных задач светорассеяния

При решении многих биологических проблем, например, для экспресс-анализа образца, достаточно знать усреднённые показатели большого количества индивидуальных клеточных и субклеточных образований [2, 8-10]. Вместе с тем возможность учёта гетерогенности клеточной популяции представляет интерес для дифференциации клеток по отдельным признакам. Такую задачу решает метод проточной цитометрии, который заключается в следующем. Клетки строго по одной пропускают через специальную камеру, где их пересекает коллимированный лазерный пучок излучения. В проточных системах регистрация светорассеяния осуществляется одним или несколькими детекторами, расположенными под разными углами к направлению распространения первичного лазерного пучка и сочетается с измерением других параметров (флуоресценции, объёма Коултера и др.). Этот метод позволил автоматизировать процесс контроля и сортировки клеток по различным признакам, проводить сравнительный анализ популяции нормальных и опухолевых, мёртвых и живых клеток, клеток, находящихся на различных стадиях жизненного цикла, подвергшихся воздействию лекарственных средств, радиации.

Индикатриса светорассеяния может служить источником информации морфологии, формы, структуры клеток суспензии. В результате установления аналитических соотношений между статистическими характеристиками поля и параметрами среды в ряде случаев решена обратная задача светорассеяния, что позволило определять концентрацию, размеры клеток, их форму, скорость, направление движения, соотношение биологически активных и пассивных клеток и т.д.

Метод абсорбционной спектроскопии заключается в измерении ослабления интенсивности света при прохождении через слой изучаемого вещества. Это позволяет определить концентрацию поглощающего вещества в образце. По виду спектра поглощения можно также определить молекулярный состав вещества в образце, а также количественное содержание отдельных компонент в смеси. При этом исследователю необходимо учитывать долю рассеянного света в образце[7, 8].

 

Порядок выполнения работы

       Инструкция по технике безопасности размещена в лаборатории. Перед выполнением работы следует с ней ознакомиться.

Лабораторная работа выполняется на модельной биологической среде, в качестве которой может выступать разбавленное молоко, суспензия эритроцитов и т.п. Для проведения лабораторной работы необходимо:

1. Измерить индикатрису рассеяния лазерного излучения (зависимость интенсивности рассеянного света от направления наблюдения) на установке, блок-схема которой приведена на рис. 3, для предложенных преподавателем образцов модельных сред.

Перечень оборудования: источник излучения; поворотный столик; волоконный световод; фотоприемник; измерительный усилитель; интерфейс; персональный компьютер. В качестве фоторегистрирующего элемента использовать волоконно-оптический датчик.

а) приготовить модельные среды;

б) путём вращения поворотного столика подобрать удобный для дальнейших отсчётов угол (нулевой отсчёт);

в) закрепить волоконно-оптический датчик на поворотном столике на одной линии с лазерном лучом и осью вращения поворотного столика;

г) включить и прогреть в течение 10 минут лазер;

д) включить и прогреть в течение 10 минут измерительный усилитель

 

 Рис. 3. Схема измерительной установки:

1 — источник излучения; 2 ─ поворотный столик; 3 ─ закрепленный относительно направления падающего излучения образец; 4 ─ волоконный световод; 5 ─ фотоприемник; 6 ─ измерительный усилитель; 7 ─ интерфейс; 8 ─ персональный компьютер.

 

е) на оси вращения поворотного столика закрепить пробирку с одной из модельных сред;

ж) при такой конфигурации зафиксировать показания измерительного усилителя и принять его за интенсивность рассеяния на нулевой угол, т.е. интенсивность проходящего света;

з) аккуратно поворачивая поворотный столик вместе с волоконно-оптическим датчиком, с шагом 5 градусов снять показания измерительного усилителя в обе стороны от нулевого отсчёта и занести их в таблицу;

Угол поворота от нулевого отсчёта, °	Показания измерительного усилителя
0
5
10
15
…. … …
-5
-10
-15
…. … …

и) вернуть положение столика на нулевой отсчёт;

к) сменить модельную среду и проделать пп. е-и) вновь;

л) сменить источник излучения и снова проделать пп. в-з) и к).

2. Построить графики полученных зависимостей показаний измерительного усилителя от угла поворота датчика в полярных координатах.

3. Оценить размер рассеивающих частиц в исследованных образцах, следуя вышеизложенным сведениям из теории. Длина волны Не-Nе-лазера, используемого в установке в качестве источника, λ = 632,8 нм, полупроводникового лазера с выходом через волоконный световод — 980 нм, лазера на азоте — 337 нм.

4. Получить у преподавателя вид формы отчёта по лабораторной работе в электронном виде. Представить отчет о проделанной согласно пп. 1-3 работе. Отчет по лабораторной работе должен включать в себя:

· титульный лист с полным названием университета, факультета и кафедры, названием лабораторной работы, ФИО исполнителя и номера группы. Также должен быть указан год выполнения работы;

· цель работы;

· схему экспериментальной установки с описанием назначения каждого элемента схемы;

· результаты исследований в виде таблиц и графиков, указанных в пп.1 и 2 порядка выполнения работы;

· результаты обработки экспериментальных данных с описанием метода обработки этих данных;

· численные и качественные выводы по результатам исследований. Качественные выводы вида «исследуемая функция в зависимости от изменяемого параметра увеличивается, уменьшается, не зависит, лучше, хуже» не допускаются.