и люминесцентного анализа в медицине

Фотолюминесценция наблюдается у многих жидких и твердых тел как неорганической, так и органической природы, особенно под действием УФ излучения.

Определение природы и состава вещества по спектру его люминесцентного излучения, называется люминесцентным анализом.

При благоприятных условиях люминесцентный анализ позволяет обнаруживать люминесцентные вещества в количестве до 10^-10г.

Люминесцентный анализ используют для обнаружения начальной стадии порчи продуктов, сортировки фармакологических препаратов и диагностики некоторых заболеваний.

Под действием УФ излучения флуоресцируют многие ткани организма (ногти, зубы, непигментированные волосы, роговая оболочка, хрусталик глаза и другие). В некоторых случаях по характеру свечения можно отличить патологически измененные ткани от нормальных. Характерное свечение дают бактериальные и грибковые колонии. В связи с этим люминесцентный анализ применяется при диагностике многих заболеваний, особенно в области дерматологии.

При люминесцентной микроскопии исследуются естественные препараты, имеющие собственную флуоресценцию или окрашенные флуоресцирующими красками. Источником света являются лампы ртутные высокого и сверхвысокого давления и применяются два светофильтра, один из которых расположен перед конденсатором и выделяет область спектра источника света, которая вызывает люминесценцию объекта; другой находящийся после объектива, выделяет свет люминесценции. Оптика микроскопа может быть обычной, так как через нее проходит уже видимый свет, возникший на препарате в результате флуоресценции.

Спектры являются источником различной информации.

Для атомного спектрального анализа используют как спектры испускания (эмиссионный спектральный анализ), так и спектры поглощения (абсорбционный атомный спектральный анализ).

В медицинских целях эмиссионный анализ служит в основном для определения микроэлементов в тканях организма, небольшого количества атомов металлов в консервированных продуктах с гигиенической целью, некоторых элементов в трупных тканях для целей судебной медицины и так далее.

Специфичность и индивидуальность спектров отдельных молекул лежит в основе качественного и количественного спектрального анализа. Молекулярные спектры позволяют исследовать не только строение молекул, но и характер межмолекулярного взаимодействия.

Молекулярные абсорбционные спектры являются важным источником информации о биологических молекулах и широко используются в современных биохимических и биофизических работах.

Если учесть, что по спектру вещества удается делать выводы о его состоянии, температуре, давлении и так далее, то можно высоко оценить использование излучения и поглощения энергии атомами и молекулами как исследовательский метод.

В зависимости от энергии (частоты) фотона, испускаемого или поглощаемого атомом (или молекулой), классифицируют следующие виды спектроскопии: радио-, ИК, УФ, видимого излучения, рентгеновская.

По типу вещества источника спектра различают атомные, молекулярные спектры и спектры кристаллов.

Имеется целый класс весьма интересных соединений, которые не флуоресцируют в водных растворах. Однако эти соединения сильно флуоресцируют, если они связаны с гидрофобными областями белков. Вот два примера таких соединений:

В этом случае флуоресцентные свойства таких молекул могут быть использованы для того, чтобы охарактеризовать конформацию белка вблизи связывающего центра. Например, квантовый выход флуоресценции АНС в воде равен 0,04, а в комплексе аномноглобин АНС квантовый выход равен почти единице. (Аномноглобином называется миоглобин без гемовой группы). Ряд данных указывает на то, что АНС и гемовая группа связываются в одном и том же центре аномноглобина.

Спектр флуоресценции представляет собой зависимость интенсивности излучения от длины волны.

Значение измерений спектров флуоресценции состоит в том, что вероятность перехода электрона между различными энергетическими уровнями в излучающем центре (люминофоре) зависит от его окружения. Флуоресценция дает информацию об изменении конформации макромолекул. С этой целью исследуется либо собственная флуоресценция макромолекул, изменяющаяся под влиянием окружения, либо флуоресценция молекул, связывающихся с данными макромолекулами.

Некоторые коферменты флуоресцируют в свободном или связанном состоянии, причем параметры флуоресценции меняются при связывании с ферментом или с субстратом (например, флуоресценция пиридоксальфосфата изменяется при связывании с триптофансинтетазой).

Для остатков типтофана и тирозина характерна интенсивная флуоресценция; они являются группами с сильно выраженными гидрофобными свойствами (то есть располагаются в белковой молекуле так, чтобы как можно меньше контактировать с растворителем) и "чувствуют" боковые цепи соседних остатков.

Анилинонафталинсульфат (АНС) слабо флуоресцирует в водной среде и в других полярных растворителях; в неполярных растворителях интенсивность его флуоресценции сильновозрастает. Это свойство было использовано для доказательства гидрофобного характера места связывания гема в миоглобине.

Хемилюминесценция сопровождает некоторые экзотермические химические реакции. Химические превращения в веществе сопровождаются перестройкой внешних электронных оболочек атомов. Излучение света приводит к образованию химического соединения с более устойчивой в данном окружении и при данных условиях электронной конфигурацией. Хемилюминесценция часто сопровождает процессы окисления с образованием более устойчивых продуктов сгорания.

Свечение при хемилюминесценции вызывается молекулами (атомами, ионами) продуктов реакции в возбужденных электронных, колебательных и вращательных состояниях.

Хемилюминесценцией называется генерация света при химических реакциях. В процессе реакции одно или несколько промежуточных соединений могут первоначально образовать в электронно-возбужденном состоянии и быть способными испускать свет путем флуоресценции. В этом случае мы имеем дело с превращением химической энергии в световую - процесс, прямо противоположный фотосинтезу.

Известно большое число хемилюминесцентных соединений. К наиболее изученным относится реакция окисления люминола (5-амино-2,3-дигидро-1,4-фталазиндиона).

Биолюминесцентные реакции обычно осуществляются при участи кислорода и специализированных ферментов. Многие организмы, включая ряд бактерий, грибов, кораллов, моллюсков, насекомых, обладают способностью излучать свет. Из них лучше всего нам знакомы, несомненно, светлячки и их личинки, так называемые светящиеся черви. (Свет у многих видов светлячков служит брачным сигналом).

Флуоресценция обусловлена переходами атомов, молекул или ионов из возбужденного состояния в нормальное.

Фосфоресценция обусловлена наличием метастабильных возбужденных состояний атомов и молекул, переход из которых в нормальное состояние затруднен по тем или иным причинам. Переход из метастабильного состояния в нормальное возможен лишь в результате дополнительного возбуждения, например теплового.

Квантовым выходом флуоресценции Ф_F называется отношение списка излученных фотонов к общему числу поглощенных фотонов. Максимальное значение Ф_F равно единице, хотя оно может быть и гораздо меньше единицы, если в системе действуют другие процессы, также приводящие к дезактивации возбужденных молекул.

Мультиплетность - число возможных ориентаций в пространстве спина атома или молекулы. Мультиплетность определяет число подуровней, на которое может расцениваться уровень энергии вследствие спин-орбитального взаимодействия.

Синглеты (от английского single - одиночный) – одиночные спектральные линии, обусловленные электронными квантовыми переходами между нерасщепленными уровнями квантовой системы.

Триплеты - тройки близко расположенных спектральных линий. Обусловлены мультиплетностью, равной 3. Наблюдаются, например, в спектрах атомов щелочноземельных элементов, при эффекте Зеемана.