В этом выпуске журнала "Оптика и спектроскопия" помещены статьи, отражающие современное состояние оптических технологий, применяемых и перспективных для применения в биомедицинских исследованиях. Бурное развитие оптической биомедицинской диагностики и терапии в настоящее время обусловлено многими факторами. Во-первых, это новые результаты фундаментальных исследований по взаимодействию оптического излучения с биологическими тканями и клетками, включая поляризованное излучение, флуоресценцию в многократно рассеивающей среде и спекл-интерференционные явления. Во-вторых, это существенный прогресс в области разработки средств доставки, детектирования и визуализации оптического излучения. В-третьих, появление новых компьютерных и на-нотехнологий. Все это дает возможность получения новой, ранее недоступной информации о живых объектах средствами спектроскопии и обеспечить более эффективное фотовоздействие на отдельные биологические структуры.
Оптика наночастиц и ее приложения в биомедицине представляют собой новую область нано-биотехнологии. Одной из перспективных областей применения люминесцентных полупроводниковых наночастиц, обладающих широким спектром поглощения и ярко выраженным узким пиком люминесценции в видимой части спектра, является медицинская диагностика. Поскольку длина волны флуоресценции нанокристаллов одного и того же состава строго зависит от их размеров, то изменяя размеры и состав полупроводниковых нанокристаллов, можно менять длину волны их флуоресценции от синей до инфракрасной области оптического спектра. При этом для возбуждения люминесценции нанокристал-лов всех цветов достаточно одного источника излучения. Такие уникальные свойства делают на-нокристаллы идеальными флуорофорами для сверхчувствительного многоцветного детектирования биологических объектов, а также медицинской диагностики, требующей регистрации многих параметров одновременно. В частности, синтезу наночастиц сульфида кадмия посвящена одна из статей данного выпуска.
Возможность генерации узкополосного высококогерентного излучения, а также широкополосного излучения с малой длиной когерентности лежит в основе методов корреляционной и допплеровской спектроскопии, лазерной интерферометрии, оптической когерентной томографии (ОКТ), а также многочисленных методов лазерной диагностики и терапии различных заболеваний. Эти методы эффективно используются для изучения динамических и структурных особенностей нормальных и патологически измененных биологических объектов. Детектирование и корреляционная обработка спекл-структур также позволяют получать диагностическую информацию о пространственно-временной организации биологических объектов. Примером наиболее важных медицинских задач, для решения которых перспективны когерентно-оптические методы, является измерение скорости диффузии воды и лекарственных препаратов в тканях человеческого организма. Исследования последних лет показали перспективность использования ОКТ для решения этой проблемы. Одна из работ выпуска посвящена измерению скорости диффузии воды в дентине зуба человека, еще в одной работе проанализированы пространственные и временные масштабы когерентности био-спеклов, формирующихся в биотканях.
Найдем отношение значений амплитуды затухающих колебаний в моменты времени t и (рис. 3.1):
,
где β – коэффициент затухания.
Рис. 3.1
Натуральный логарифм отношения амплитуд, следующих друг за другом через период Т, называется логарифмическим декрементом затухания χ:
;
.
Выясним физический смысл χ и β.
Время релаксации τ – время, в течение которого амплитуда А уменьшается в e раз.
отсюда
Следовательно, коэффициент затухания β есть физическая величина, обратная времени, в течение которого амплитуда уменьшается в е раз.
Пусть N число колебаний, после которых амплитуда уменьшается в e раз. Тогда
Объяснение:
ОПТИКА И СПЕКТРОСКОПИЯ, 2010, том 109, № 2, с. 179-181
= БИОМЕДИЦИНСКАЯ ОПТИКА И СПЕКТРОСКОПИЯ =
УДК 535.8
БИОМЕДИЦИНСКАЯ ОПТИКА И СПЕКТРОСКОПИЯ © 2010 г. А. Н. Башкатов, В. В. Любимов, В. В. Тучин
В этом выпуске журнала "Оптика и спектроскопия" помещены статьи, отражающие современное состояние оптических технологий, применяемых и перспективных для применения в биомедицинских исследованиях. Бурное развитие оптической биомедицинской диагностики и терапии в настоящее время обусловлено многими факторами. Во-первых, это новые результаты фундаментальных исследований по взаимодействию оптического излучения с биологическими тканями и клетками, включая поляризованное излучение, флуоресценцию в многократно рассеивающей среде и спекл-интерференционные явления. Во-вторых, это существенный прогресс в области разработки средств доставки, детектирования и визуализации оптического излучения. В-третьих, появление новых компьютерных и на-нотехнологий. Все это дает возможность получения новой, ранее недоступной информации о живых объектах средствами спектроскопии и обеспечить более эффективное фотовоздействие на отдельные биологические структуры.
Оптика наночастиц и ее приложения в биомедицине представляют собой новую область нано-биотехнологии. Одной из перспективных областей применения люминесцентных полупроводниковых наночастиц, обладающих широким спектром поглощения и ярко выраженным узким пиком люминесценции в видимой части спектра, является медицинская диагностика. Поскольку длина волны флуоресценции нанокристаллов одного и того же состава строго зависит от их размеров, то изменяя размеры и состав полупроводниковых нанокристаллов, можно менять длину волны их флуоресценции от синей до инфракрасной области оптического спектра. При этом для возбуждения люминесценции нанокристал-лов всех цветов достаточно одного источника излучения. Такие уникальные свойства делают на-нокристаллы идеальными флуорофорами для сверхчувствительного многоцветного детектирования биологических объектов, а также медицинской диагностики, требующей регистрации многих параметров одновременно. В частности, синтезу наночастиц сульфида кадмия посвящена одна из статей данного выпуска.
Возможность генерации узкополосного высококогерентного излучения, а также широкополосного излучения с малой длиной когерентности лежит в основе методов корреляционной и допплеровской спектроскопии, лазерной интерферометрии, оптической когерентной томографии (ОКТ), а также многочисленных методов лазерной диагностики и терапии различных заболеваний. Эти методы эффективно используются для изучения динамических и структурных особенностей нормальных и патологически измененных биологических объектов. Детектирование и корреляционная обработка спекл-структур также позволяют получать диагностическую информацию о пространственно-временной организации биологических объектов. Примером наиболее важных медицинских задач, для решения которых перспективны когерентно-оптические методы, является измерение скорости диффузии воды и лекарственных препаратов в тканях человеческого организма. Исследования последних лет показали перспективность использования ОКТ для решения этой проблемы. Одна из работ выпуска посвящена измерению скорости диффузии воды в дентине зуба человека, еще в одной работе проанализированы пространственные и временные масштабы когерентности био-спеклов, формирующихся в биотканях.
свойства и эффекты флуоресценции.