Исходные данные для расчета

Численно исследуются эффект просветления лазерного излучения твердым раствором фуллерена С₆₀. В данной работе длительность «длинного» импульса выбирается t_n ~ 10 нс, длительность «короткого импульса» t_f ~ 300 фс. Длина волны лазерного излучения l₁ = l₂ = 532 нм (вторая гармоника излучения неодимового лазера). Длина среды L = 50 мкм, кнцентрация С = 30 мМ. На длине волны 532 нм сечения поглощения с основного и возбужденных состояний фуллерена составляют: s_g^S =0.34×10^-17 см², s_ex^T =1.77×10^-17 см², s_ex^S =1.89×10^-17 см². Плотность энергии короткого импульса Е₂ =1 Дж/см²

5. Моделирование просветленичя среды

Уравнение (3) представляет собой интегральное уравнение с неизвестным нижним пределом.

Порядок выполнения работы

В лабораторной работе необходимо

1. Найти коэффициенты для уравнения (3).

2. Численно решить уравнение (3) в среде Маткад

3. Построить зависимость просветления среды (пропускания слабого сигнала) от времени

Содержание отчета

1. Цель работы

2. Физическая и математическая модели нелинейно-оптического переключателя

3. Распечатка программы Маткад

4. Графики полученных зависимостей

5. Заключение и выводы по работе

Фотодинамическое фуллерен-кислородное воздействие на биологические ткани – виртуальная лабораторная работа.

Цель работы: изучение процессов, которые происходят при фотодинамической терапии, реализуемой за счет фуллерен-кислородного воздействия на биологические ткани.

1. Общие сведения о фотодинамической терапии

2. Физическая модель ФДТ

При фотодинамической терапии (реакции II типа) имеют место следуюющие процессы[1,2]:

- Поглощение света и переход фотосенсибилизатора в триплетное состояние

- Генерация синглетного кислорода за счет столкновения молекулы кислорода в основном состоянии и молекулы фотосенсибилизатора в триплетном состоянии

- Повреждение клетки синглетным кислородом и гибель клетки.

В данной работе рассматривается точечная модель, - не рассматривается прохождение света через биологическую ткань. Поэтому биологическая ткань характеризуется единственным параметром – временем жизни синглетного кислорода. В данной работе в качестве фотосенсибилизатора использовался фуллерен C₆₀. На рис. 1 представлена энергетическая диаграмма уровней фуллерена C₆₀и кислорода, участвующих в фотодинамической терапии..

Рис 1. Схема уровней молекулы фуллерена C₆₀ и кислорода, участвующих в фотодинамической терапии.

Учитываются следующие реакции:

Поглощение оптического кванта и синглет-триплетная интерконверсия, (1)

Распад триплетного фуллерена,

(2)

Генерация синглетного кислорода ,

(3)

Тушение синглетного кислорода молекулами фуллерена,

(4)

Переход между возбужденными синглетными состояниями молекулы кислорода,

(5)

Окисление жизненно важного субстрата клетки S синглетным кислородом.

(6)

Здесь , t ₀ время жизни синглетного состояния S₀, t ₀ время синглет-триплетной интерконверсии S₁-T₁, t ₂ время жизни триплетного состояния фуллерена T, t ₄ время жизни синглетного состояния , t _ox is время окисления субстрата синглетным кислородом. k ₃ и k _3* скорости генерации и тушения синглетного кислорода. В случае облучения лазером, A = s ₀ I / hn, где I это интенсивность облучения. В случае облучения широкополосным источником (лампой), параметр ,где s ₀ сечение перехода из основного состояния в первое возбужденное синглетное состояние фуллерена, e (l) спектральная плотность излучения (предполагаем, что спектр излучения – планковского типа), hn энергия лазерного кванта. Спектр излученияя планковского типа характеризуется одним параметром – яркостной температурой T_B.

Окисление субстрата происходит значительно медленнее, чем реакции, связанные с генерацией синглетного кислорода. Поэтому можно выделить две стадии фотодинамической терапии, - генерацию синглетного кислорода и окисление жизненно важного субстрата клетки S. Поэтому для расчета окисления субстрата возможно использовать стационарное значение концентрации синглетного кислорода.

3. Математическая модель ФДТ