Спектрометрия при производстве лекарственных средств

Определение концентрации лекарственных средств в препаратах важно для контроля, как эффективности исследуемого препарата, так и устранения возможности передозировки при лечении. Высокая биологическая активность многих препаратов обуславливает применение их в малых дозах. Кроме того, особенность технологии изготовления лекарств в виде таблеток заключается в необходимости введения вспомогательных веществ для обеспечения свойства прессуемости и распадаемости, а также для достижения определенной массы таблетки. Вследствие этого может произойти неравномерное смешивание и значительное колебание действующего вещества в отдельной дозе одной серии, что уже может приводить к отклонению в терапевтическом эффекте.УФ, видимая и ИК-спектроскопия используются: при установлении структуры новых биологически активных веществ, получаемых путем химического синтеза или выделяемых из природных объектов; изучении строения метаболитов; при испытании на подлинность лекарственных веществ; определении доброкачественности лекарственных соединений;количественном анализе; определении специфических примесей в лекарственных веществах; контроле технологического процесса в промышленном производстве фармпрепаратов (полнота протекания).ИК-спектроскопия в фармацевтическом анализе наиболее широко применяется с целью определения подлинности. Это объясняется большой специфичностью колебательного спектра. Идентификация лекарственного вещества может быть проведена путем сопоставления спектра исследуемого вещества с аналогичным спектром его стандартного образца или с рисунком стандартного спектра, приведенного в фармакологических справочниках.

29. Биосовместимость материалов.

Биосовместимость – способность материалов, изделий и устройств выполнять свои функции и не вызывать существенных негативных реакций в организме. Биосовместимые материалы Инертные (вокруг таких в организме образуется волокнистая неприлегающая ткань);Биоактивные (возникает прилегающая межповерхностная связь материала и ткани, инкапсуляция минимальная);Биорезорбируемые (материал по мере растворения замещается тканью организма хозяина, продукты растворения должны быть нетоксичными).При этом степень биосовместимости может зависеть от используемых клеточных структур (цитоспецифичная биосовместимость) или области имплантации в ткани организма (тканеспецифичная биосовместимость).И нертные материалы Покрытия Нанесение углеродной плёнки (с минимальным содержанием примесей) нанометровой толщины на протезы, имплантируемые в кровеносное русло (клапаны, стенты), позволяет снизить адгезию к ним белков крови и тромбоцитов и уменьшает риск образования тромбов у пациента. Металлокерамика Наноструктурированный керамический материал, используемый в медицине для восстановления (замещения) повреждённых твёрдых тканей. Металлические Хорошо зарекомендовали себя имплантаты из титана или его сплавов. Он обладает высокими антикоррозийными свойствами и способен выдерживать контакт с агрессивной биологической средой, а также обладает наиболее близкими к костной ткани характеристиками. Биоактивные материалы Биоактивные гели и полимеры - классы полимеров, которые при взаимодействии с биополимерами проявляют антимикробную, антивирусную, иммуностимулирующую и ростостимулирующую активность.Композиты - наиболее полно отвечают необходимым требованиям неметаллические биоактивные материалы. К ним можно отнести фосфаты кальция, магния, калия, натрия, биополимеры различной природы - белки и полисахариды.В литературе часто под биоактивными подразумеваются материалы, оказывающие направленное (положительное) влияние на окружающие ткани и способствующие активному “вживлению” и улучшенному функционированию имплантата. Биорезорбируемые материалы Биодеградация биоматериала в конечном счёте приводит к снижению его биомеханических характеристик. Разрушение полимерных материалов и гидроксиапатита происходит за счёт растворения, биодеградации с участием клеток, метаболитов и специфических ферментов (протезы, гидролазы, эластазы, коллагеназы и др.).Кроме того, существенный вклад в этот процесс принадлежит реакциям окисления и восстановления, которые дезинтегрируют ковалентные связи, образуя свободные радикалы, принимающие участие во вторичных реакциях. Для полимеров, содержащих в своём составе гетероатомы, связанные эфирными или амидными связями, деградация идёт за счёт деполимеризации свободными радикалами и изменением поликонденсации. Следует подчеркнуть, что восприимчивость к разрушению характерна для всех полимеров, содержащих восприимчивые к гидролизу нестабильные группы.В отношении полиэтилена со сверхвысоким молекулярным весом, используемого в эндопротезах, деградация возникает в процессе плавления или под действием кислорода в сочетании с механическими и тепловыми силами. Возникающие при этом радикалы снижают порог для наступления его биодеградации.Стоит отметить такие материалы, как PLGA, полимеры молочной и гликолевой кислот и магниевые сплавы. Диагностические и терапевтические наночастицы Согласно принятым критериям, современный биосовместимый материал долженне вызывать воспалительной реакции;не оказывать токсического и аллергического действия на организм;не обладать канцерогенным действием и не провоцировать развитие инфекции;сохранять функциональные свойства в течение предусмотренного срока эксплуатации.Однако результаты по разработке биосовместимых материалов оказываются полезными при создании наноразмерных объектов (нанороботов).Покрытие парамагнитными наночастицами оксидов железа слоем золота позволяет получать биосовместимые диагностические и терапевтические наночастицы.Покрытие наноконтейнеров для лекарственной и генной терапии полиэтиленгликолем маскирует их от узнавания и разрушения клетками иммунной системы и позволяет более длительное время циркулировать в кровотоке. Биосовместимый композит Нанотрубки: МУНТ, ОУНТБелки: глобулярные (свёрнуты в глобулы сферической/эллипсоидальной формы), например, альбумин, и фибриллярные (длинная, нитевидная форма), например, коллагенПолисахариды, например, хитин, хитозан.

30. Спектроскопия микрообъемов.

И спользование методов спектроскопии. ИФ особенно полезна для изучения связей между атомами углерода, водорода, кислорода, азота, доминирующими с органических соединениях. Инфракрасные спектры могут указывать на наличие определенных структур в неизвестных органических соединениях. использоваться для идентификации соединений путем сравнения с известными спектрами. справочники, содержащие тысячи спектров. Спектроскопия видимого диапазона применяется при изучении некоторых типов органических соединений и элементов, которые имеют электроны в d-орбиталях, таких как переходные металлы. Ультрафиолетовая спектроскопия полезна при изучении некоторых типов органических соединений, которые доминируют в биологических средах. Виды спектроскопии. Спектроскопия — это исследование взаимодействия света с веществом. У этого взаимодействия есть два различных аспекта, которые могут быть использованы для изучения атомов и молекул. 1)можно определять длины волн, которые взаимодействуют с атомами и молекулами (качественный анализ). 2) можно измерять количества света, поглощенного или излученного на какой-либо определенной длине волны (количественный анализ). В обоих случаях требуется выделять из излучения источника отдельные длины волн, поэтому главным этапом любого спектроскопического измерения является разложение света в спектр. В каждом из двух случаев есть два пути проведения наблюдений: можно регистрировать свет, который поглощается атомами и молекулами, или свет, который испускается. четыре разных вида спектроскопии: абсорбционную и эмиссионную, каждая из которых может быть качественной или количественной.   Абсорбционная спектроскопия Абсорбционная спектроскопия — это изучение света, поглощенного молекулами. При этом белый свет сначала пропускается через образец, а затем через спектральное устройство (например, призму), которое разлагает его в спектр. Вспомните, что белый свет является смесью всех длин волн видимого излучения. Когда такой свет пропускается через образец при правильных условиях, электроны образца поглощают те длины волн, которые могут перевести их на другие уровни. Таким образом, у света, выходящего из призмы, будут отсутствовать длины волн, которые соответствуют разрешенным энергетическим уровням электронов. Мы увидим спектр с черными линиями в тех местах, где при отсутствии образца был бы свет. Эмиссионная спектроскопия Эмиссионная спектроскопия противоположна абсорбционной. Электроны образца переводятся на очень высокие энергетические уровни одним из многочисленных методов (электрическим разрядом, нагревом, излучением лазера и т. д.). При возвращении на более низкие уровни электроны испускают свет. Собирая этот свет и пропуская его через призму, можно получить спектр. Однако на этот раз мы увидим только темное поле с цветными линиями, которые соответствуют электронным переходам. На рис. 3 показано, как выглядит через окуляр спектроскопа линия испускания гелия (589 нм). Следует отметить, что спектры поглощения и испускания одного и того же вещества будут иметь линии на одинаковых длинах волн. В спектре поглощения эти линии будут черными на цветном фоне, тогда как в спектре испускания они будут цветными на темном фоне. Качественная спектроскопия Одно из практических применений спектроскопии основано на том факте, что спектры химических веществ уникальны. Одинаковые атомы и молекулы будут всегда иметь одни и те же спектры. Разные вещества всегда будут иметь разные спектры. Таким образом, спектр какого-либо вещества может рассматриваться как его «дактилоскопический отпечаток». Качественная спектроскопия используется для идентификации химических веществ путем создания спектра и сравнения его с уже известными спектрами. В качестве примера рассмотрим открытие такого элемента, как гелий. Впервые его наблюдали не на Земле, а на Солнце! В 1868 г. французский астроном Пьер-Жюль- Сезар Жансен был в Индии, где наблюдал солнечное затмение. При этом он обнаружил новые линии в солнечном спектре. Ни один из известных в то время элементов не давал таких линий, и поэтому он пришел к выводу, что на Солнце есть новый элемент. Это послужило стимулом к поиску нового элемента на Земле. К концу века новый элемент был обнаружен в урановых рудах и получил название гелий, от греческого слова, обозначающего солнце (Helios). В наши дни спектроскопия широко применяется для идентификации химических веществ. Количественная спектроскопия Количественная спектроскопия служит одним из наиболее быстрых и легких методов определения количества атомов или молекул в образце. Дело в том, что взаимодействие света с веществом является стехиометрическим. При любой заданной температуре одно и то же число атомов или молекул будет испускать или поглощать одно и то же количество фотонов за данный промежуток времени. Благодаря этому спектроскопия является одним из немногих методов, обеспечивающих прямое измерение количества атомов или молекул в образце. Количественная эмиссионная спектроскопия требует нагрева образца до высокой температуры, чтобы электроны могли испускать свет. Чаще всего это делается введением образца в пламя горелки. Очевидно, что горелку непрактично использовать для большинства молекулярных соединений, но она часто применяется для элементарного анализа. Данный метод (пламенная фотометрия) применяется, в частности, в клинических лабораториях для определения уровней натрия и калия в плазме крови и моче. Количественный абсорбционный анализ, напротив, может проводиться при комнатной температуре, и поэтому он применяется намного чаще. Обычно анализу подвергаются растворы образцов. Этот вид анализа используют, например, в клинических лабораториях для определения количества глюкозы и холестерина в крови и моче. В абсорбционной спектроскопии через образец пропускается свет всех длин волн и измеряется поглощение на каждой длине волны. Сделанное выше утверждение о том, что спектр поглощения выглядит как набор черных линий на цветном фоне, является чрезмерно упрощенным. Из-за сложных взаимодействий атомов и молекул с молекулами воды, поглощение света в растворах представляет собой очень сложное явление. Несмотря на это, спектры поглощения повторяемы и предсказуемы, что позволяет использовать их на практике. Измерив поглощение на разных длинах волн и нанеся результаты на график, можно получить так называемую кривую поглощения. Кривые поглощения сходны с дактилоскопическими отпечатками. Каждое соединение имеет свою собственную уникальную кривую. В некоторых случаях она может быть использована для идентификации веществ, присутствующих в образце. Однако чаще всего она используется для определения количества присутствующего вещества.

31. Поколения и отличия компьютерных томографов.

Конструкция компьютерных томографов за годы их существования претерпела значительные изменения. В целом можно выделить четыре поколения КТ-сканеров. КТ системы первого поколения: ·       Один детекто Сбор данных методом «перемещение-вращение» Перемещение поперёк образцаВращение вокруг образца Очень медленно Каждый срез – несколько минут  КТ системы второго поколения: Пучок излучения в виде узкого веера (10^о)Много детекторовМного углов сбора данных для каждой позиции Больше угол поворота Всё ещё требуется смещение Медленно20 сек на срез  Третье поколение КТ – сканеров: Пучок веерныйМного детекторов (500 – 1000) Только ротацияСмещение больше не требуется Намного быстрее Наибольшая скорость 0,5 сек на вращения Конструкция большинства современных сканеров Ремоделирование данных, полученных веерным пучком 3-е поколение КТ сканеров использует веерный пучок для сбора проекционных данныхДля получения параллельных проекций данные с рядом расположенных детекторов в последующих изображениях могут комбинироватьсяНа практике 500 -> 1000 детекторов и 500 -> 1000 изображений формируют клиническую картинку Четвёртое поколение КТ – сканеров: Веерный пучокДетекторы расположены неподвижно по окружностиВращается только трубка Лишены проблемы кольцевидных артефактов, характерных для сканеров 3-го поколенияВ томографах первого поколения, появившихся в 1973 г., имелась одна остронаправленная рентгеновская трубка и один детектор, которые синхронно передвигались вдоль рамы. Измерения проводились в 160 положениях трубки, затем рама поворачивалась на угол 1° и измерения повторялись. Сами измерения длились около 4,5 мин, а обработка полученных данных и реконструкция изображения на специальном компьютере занимали 2,5 ч. Томографы второго поколения имели уже несколько детекторов, работающих одновременно, а трубка излучала не остронаправленный, а веерный пучок. Также как и в томографах первого поколения, здесь использовалось параллельное сканирование, но угол поворота трубки увеличился до 30°. Общее время измерений, необходимое для получения одного изображения, значительно сократилось и составляло 20 с. Типичным для данной схемы сканирования является то, что она учитывает только первичные фотоны источника. В томографах третьего поколения (середина 1970-х гг.) трубка излучала широкий веерный пучок лучей, направленный на множество детекторов (около 700), расположенных по дуге. Усовершенствованная конструкция сделала возможным непрерывное вращение трубки и детекторов на 360° по часовой стрелке за счет использования кольца скольжения при подведении напряжения. Это позволило исключить стадию перемещения трубки и сократить время, необходимое для получения одного изображения до 10 с. Использование таких томографов обеспечило возможность проведения исследования движущихся частей тела (легких и брюшной полости) и разработки спирального алгоритма сбора данных. Все современные медицинские компьютерные томографы относятся к третьему поколению.  В томографах четвертого поколения имелось сплошное неподвижное кольцо детекторов (1088 люминисцентных датчиков) и излучающая веерный пучок лучей рентгеновская трубка, вращающаяся вокруг пациента внутри кольца. Время сканирования для каждой проекции сократилось до 0,7 с, а качество изображения улучшилось. В данных томографах необходимо учитывать влияние эффекта рассеяния при переносе излучения, которое в зависимости от энергии, используемой источником, может быть рэлеевским или комптоновским.

32. Технология прямого лазерно-индуцированного переноса. Принцип действия, преимущества и недостатки. Лазерные принтеры используют лазерные импульсы, сфокусированные на поглощающей подложке для создания давления, приводящие в движение материалы, содержащие клетки, которые наносятся таким образом на подложку. Изначально разработанная для переноса металлов, технология прямого лазерно-индуцированного переноса была успешно применена для биологического материала: пептиды, ДНК и клетки. Типичная установка состоит из импульсного лазерного луча, фокусирующей системы, «ленты», как правило, из стекла, покрытого поглощающим энергию слоем (например, золото или титан) и слоем биологического материала (например, клетками и / или гидрогелем), приготовленного в виде жидкого раствора.В том месте, куда попадает лазер, энергопоглощающий слой резко нагревается и испаряется, образуя пузырек газа, который выталкивает из слоя гидрогеля струю. Полученная струя попадает на другое предметное стекло, акцепторную подложку, где от нее отделяется капля. Разрешение зависит от многих факторов, в том числе от: плотности потока лазера (энергии, приходящейся на единицу площади), поверхностного натяжения, смачиваемости подложки, воздушного зазора между лентой и субстратом, а также от толщины и вязкости биологического слоя. Совместима с жидкостями различной вязкости (1-300 мПа /с) и может печатать клетки с незначительным воздействием на жизнеспособность и функциональность клеток.  Приготовление каждой индивидуальной ленты, которая часто требуется для каждого из печатаемых типов клеток или гидрогеля, занимает много времени и является достаточно сложным, если несколько типов клеток и / или материалов должны быть расположены вместе. Из-за характера клеточного покрытия ленты может быть трудно точно направить клетки и задать их позицию. Некоторые из этих проблем можно преодолеть, используя технологию распознающего клетки сканирования для того, чтобы лазерный луч выбирал одну клетку за импульс. Эта так называемая «aim-and-shoot»-процедура может гарантировать, что каждая напечатанная капля будет содержать заданное число клеток. Тем не менее, статичная клеточная печать может быть достигнута с использованием ленты с очень высокой концентрацией клеток, устраняя тем самым необходимость в такой специфической их ориентации. Наконец, в конечной биопечатной конструкции присутствуют металлические остатки вследствие испарения металлического лазеропоглощающего слоя во время печати. Избежать этого загрязнения можно при использовании неметаллических поглощающих слоев и модификации процесса печати в не требующий поглощающего слоя. Высокая стоимость этих систем является также проблемой для основных исследований тканевой инженерии.

33. Принцип получения изображений методом рентгеновской микротомографии.

Термин "томография" происходит от греческих слов: τομοσ -сечение и γραφοσ - пишу, «пишу по сечениям». Современной науке доступны методы анализа внутренней микроструктуры объекта различными способами. Одним из лучших методов неразрушающей визуализации является метод рентгеновской микротомографии. Префикс микро (символ: μ) используются для указания того, что пиксельных размеры поперечных сечений находятся в микрометрах диапазона. РМТ дает возможность получать изображение внутренней структуры непрозрачных объектов в трехмерном виде с высоким пространственным разрешением. РМТ использует рентгеновские лучи для создания поперечных сечений физического объекта.

Метод аналогичен медицинской томографии, но обладает значительно более высоким пространственным разрешением. Сканирование визуализирует всю внутреннюю трехмерную структуру объекта и полностью сохраняет образец для других видов исследований.Этапы комплексного анализа с помощью рентгеновской микротомографии: Сканирование объемного композита  Реконструкция теневых проекций   Двухмерная и трехмерная визуализация срезов Количественный анализ объемного композита

Образованные в трубке рентгеновские лучи облучают образец точечным источником рентгеновских лучей (фокальным пятном), созданным в трубке, и изображение проецируется на приемник (детектор).

34. Однолучевые и двухлучевые спектрофотометры.  

Спектрофотометр — прибор для исследования свойств различных веществ на основе анализа спектрального состава отражённого или прошедшего через вещество излучения в оптическом диапазоне по отражению (поглощению) различных длин волн электромагнитного излучения. Конфигурация с одним лучом (Рис. 1)самая простая и легкая установка для UV/VIS спектроскопии. Световой луч напрямую направляется сквозь образец на детектор. Сначала необходимо провести измерение с кюветой, содержащей только растворитель, чтобы определить показатель холостого раствора. После измерения значения холостого раствора вместо кюветы с растворителем ставят кювету с образцом. В ней измеряют спектр поглощения образца.Конфигурация с двумя лучами (два варианта):
- Одновременный по времени. Световой луч лампы разделяется на два луча равной интенсивности. Каждый луч проходит через свою кювету, контрольная кювета заполнена только растворителем, а вторая кювета содержит раствор образца. Интенсивности обоих лучей измеряют одновременно двумя детекторами.
- В этой конфигурации световой луч направляют на оптический модулятор (ОМ), представляющий собой вращающееся секторное зеркало. Луч попеременно направляется сквозь образец и контрольную кювету. Один и тот же детектор измеряет оба световых луча по очереди.

35. Технические параметры приемника рентгеновского микротомографа. Образованные в трубке ренгеновские лучи облучают образец точечным источником рентгеновских лучей созданным в трубке и изображение проецируется на приемник(детектор) Он имеет преобразователь рентгеновского изображения, усилитель радиационного изображения Приемник(детектор) – детектор на ПЗС-матрице приборы с зарядовой связью или ПЗС матрицы представляют собой полупроводниковые детекторы изображения которые позволяют получать изображение в условиях низкой освещенности с высоким сигнал/шум и в широком динамическом диапазоне. Подвижные источник и приемник рентгеновского излучения должны иметь движение вдоль ось рентгенооптического тракта относительно рабочего стола с испытуемым образцом (по горизонтальной оси Х) на ±50 мм. При этом точность позиционирования (линейное движение) при перемещении подвижных источника и приемника рентгеновского излучения вдоль горизонтальной оси Х ± 0,5 мкм, скорость перемещения подвижных источника и приемника рентгеновского излучения вдоль горизонтальной оси Х до 20 мм/с. Принятый вариант технического решения обеспечит: точность позиционирования источника и приемника рентгеновского излучения вдоль горизонтальной оси Х ± 0,5 мкм, скорость перемещения до 20 мм/с; вращение рабочего стола с испытуемым образцом вокруг вертикальной оси Z на 360 град. и не перемещение по вертикальной оси Z на 100 мм при точности позиционирования рабочего стола по вертикальной оси Z ± 0,5 мкм, скорость линейного движения по вертикальной оси Z до 20 мм/с, скорость вращения вокруг вертикальной оси Z до 20 мм/с.  При прохождении через объект, ионизирующее излучение ослабляется в результате поглощения и рассеяния. Степень ослабления зависит от толщины и плотности контролируемого объекта. При наличии в веществе внутренних дефектов с определёнными размерами резко изменяются интенсивность и энергия проходящего через эти дефекты пучка излучения. Метод рентгеновской томографии основан на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в световое изображение. В современных рентгеновских томографах используется 3D - визуализация исследуемого объекта. Рентгеновская трубка освещает объект и получаются увеличенные теневые проекции. На основе сотен проекций, собранных под разными углами при перемещении объекта системой позиционирования компьютер реконструирует набор виртуальных сечений объекта. Оператор может получать сечения под любым углом и создавать трехмерные изображения объекта и его структуры для виртуального перемещения внутри объекта исследования.

36. Фурье спектрометр. В отличие от так называемых мгновенных спектрометровь (диодных матричных и CCD), считывание в которых производится последовательно, Фурье спектрометры - истинно мгновенные. Дисперсия по длинам волн основана на явлении интерференции. Коллимированный (параллельный) луч света расщепляется на два полупрозрачным зеркалом, и после отражения на неподвижном зеркале 1 и подвижном зеркале 2, соответственно, лучи соединяются и фокусируются на образце. Объединенные лучи способны интерферировать и образовывать при сдвиге зеркала 2 на Δх характерную интерферограмму. Используя обратное преобразование Фурье, получают требуемый спектр образца. Применяя логарифмическое преобразование и корректировку на дисперсию, получают кривую поглощения. Фурье-спектрометр — оптический прибор, используемый для количественного и качественного анализа содержания веществ в пробе. В оптических Фурье-спектрометрах используются интерферометры, в которых измеряется интерферограмма двух пучков исследуемого излучения с переменной оптической разностью хода этих пучков. Для получения спектра при измерении интерференции разность хода лучей плавно изменяют, обычно с помощью подвижного зеркала. При изменении разности хода лучей в результате интерференции интенсивность сигнала фотоприёмника изменяется. В опыте записывается сигнал фотоприёмника в зависимости от координаты подвижного зеркала. Массив этих данных представляет собой Фурье-образ спектра в зависимости от разности хода пучков (функцию распределения энергии излучения по частоте) согласно теореме Хинчина — Колмогорова. Допустим, у нас имеется когерентный источник излучения с определённой длиной волны. Когда разность хода двух лучей, пришедших в приёмник, равна λ/2 (то есть лучи пришли в противофазе) интенсивность света, регистрируемая приёмником, близка к нулю. При перемещении правого зеркала интерферометра Майкельсона разность хода лучей изменяется, изменяется и интенсивность света, регистрируемая приёмником. Очевидно, что интенсивность света максимальная, когда разность хода лучей будет кратна длине волны λ. При перемещении зеркала с постоянной скоростью на выходе приёмника будет наблюдаться электрический сигнал синусоидальной формы. Притом период синусоиды зависит от длины волны источника, а амплитуда от интенсивности источника. Теперь представим, что на входе некогерентный источник. Каждая длина волны в спектре источника света будет давать свою синусоиду на выходе приёмника. Таким образом, на выходе приёмника мы получаем сложный сигнал. При выполнении над полученным сигналом обратного преобразования Фурье получаем спектр входного электрического сигнала, который также является спектром излучения источника (то есть интенсивность излучения источника на различных длинах волн). Применение для анализа газового состава пробы Каждый газ имеет свой спектр поглощения проходящего через него излучения. Причём величина поглощения зависит от концентрации данного газа. Обычно на входе фурье-спектрометра устанавливают кювету, через которую прокачивают анализируемую газовую смесь. С одной стороны кюветы стоит источник света, с другой ставится интерферометр Майкельсона. Таким образом спектр на входе интерферометра будет иметь «провалы» на определённых длинах волн. После обратного преобразования Фурье получаем спектр поглощения, по которому достаточно просто определить присутствующие в анализируемом воздухе газы и их концентрацию.

37. Сканирующий и матричный спектрофотометры.

37) Сканирующий и матричный спектрофотометры

Спектрофотометры УФ-ВИД различаются в зависимости от расположения компонентов, из которых состоит оптическая система для регистрации спектров. Существуют спектрофотометры УФ-ВИД двух основных типов:  сканирующие спектрофотометры, в которых обычно используются вольфрамовые и дейтериевые лампы (хотя у савела почему-то везде один и тот же вид ламп); диодно-матричные спектрофотометры, в которых обычно используются ксеноновые лампы. Спектрофотометры с вольфрамовыми/дейтериевыми лампами менее эффективны, так как для покрытия двух спектральных диапазонов (УФ- и видимого спектров) нужны две лампы. Более того, лампы должны оставаться включенными все время, пока включен сам прибор. Это сокращает их срок службы и увеличивает расходы на техническое обслуживание.
Однако, для покрытия того же спектрального диапазона, будет достаточно одной ксеноновой лампы.При этом лампа включается лишь на время измерения и имеет срок эксплуатации не менее 10 лет.
Спектрофотометры, использующие диодно-матричную технологию и ксеноновые лампы имеют значительные преимущества в сравнении с приборами, в которых используется метод сканирования и вольфрамовые/дейтериевые лампы.
Среди этих преимуществ: длительный срок службы;  более быстрые измерения без использования подвижных частей;  компактные размеры; уменьшенное время простоя;  минимальные затраты на обслуживание. сканирующим спектрофотометрам требуется некоторое время на прохождение всего спектра, потому что решетка должна механически поворачиваться двигателем. Процесс сканирования также может снижать точность и воспроизводимость выбора длины в зависимости от скорости сканирования спектрофотометра.
Диодно-матричный спектрофотометр также называют синхронным, т.к. обеспечивает мониторинг всего спектра длин волн одновременно, не имеет выходной щели и движущихся частей. Обладает диодной матрицей с 512 или 1024 микродиодами общей шириной 25 мм.Мониторинг матричным спектрофотометром
- Образец облучается интенсивным белым светом, т.е. дополнительными длинами волн. Это приводит к усиленному выцветанию фоточувствительных образцов (к фотолизу).
- Спектральное разрешение определяется не щелью, а дифракционной решеткой и диодной матрицей, а следовательно, является фиксированным. Это требует применение различных взаимозаменяемых решеток.
- Активная площадь фотодиодной матрицы на длину волны очень мала (25 мкм х 2,5 мм). Таким образом, чувствительность матричных спектрофотометров невелика и в области 250 нм обычно низка.
- Уровень рассеянного света в просмотровом режиме (спектр с низким спектральным разрешением) достигает 3%, что очень много. Понизить этот уровень до 0,05% можно, снизив скорость мониторирования с 5 мс до 1 с на спектр (усреднение, высокоточный режим)
- Скорость мониторинга целого спектра в режиме предварительного просмотра обычно составляет 0,1 с, в режиме точного измерения - 2-14 с. Мониторинг со скоростью ниже 10 мс на спектр является некорректным по ряду причин

38. Исследования методами спектроскопии с использованием кювет.

Простой спектрометр. Свет попадает в спектрометр через входную щель, а затем проходит через ряд оптических элементов: коллимирующую линзу, дифракционную решетку и выходную щель. Такая оптическая схема характерна для монохроматоров — устройств, выделяющих только один цвет (фактически, очень узкий интервал длин волн) из всех длин волн (цветов), присутствующих в излучении источника. Длину волны можно выбирать поворотом дифракционной решетки. Различные длины волн отражаются от решетки под разными углами, в результате чего белый свет разлагается в «радугу», как при прохождении через стеклянную призму. Выбранная длина волны является центром узкого интервала длин волн, который выделяется выходной щелью. Далее свет попадает на детектор, который генерирует напряжение, пропорциональное интенсивности падающего света. Это напряжение передается на отсчетное устройство, которое выдает результат в удобных единицах измерения.

39. Фосфоресценция и флуоресценция. Определение и их отличие.
Флуоресценция - физический процесс, разновидность люминесценции.
Флуоресценцией обычно называют излучательный переход возбуждённого состояния с самого нижнего синглетного колебательного уровня S1 в основе состояния S0 Фосфоресценция - это процесс, в котором энергия, поглощенная веществом, высвобождается относительно медленно в виде света. В некоторых случаях это механизм, описывающий “светящиеся в темноте ” материалы, которые “заряжаются” на свету.  В отличие от обычных флюоресцентных ламп, в которых происходят относительно быстрые реакции, фосфоресцирующие материалы “абсорбируют” световую энергию и “хранят” её дольше, а внутриатомные реакции переизлучающие накопленную энергию происходят реже
Типичное время жизни флуоресцентного возбуждённого состояния составляет 10^(-11) - 10^(-6) c.

40. Квантовый точки и их применение в медицине.

Ква́нтовая то́чка — фрагмент проводника или полупроводника носители заряда (электроны или дырки) которого ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Размер квантовой точки должен быть настолько мал, чтобы квантовые эффекты были существенными. Это достигается, если кинетическая энергия электрона заметно больше всех других энергетических масштабов: в первую очередь больше температуры, выраженной в энергетических единицах.Средний размер квантовых точек, подходящих для использования в медицине, составляет от 2.5 нм до 5 нм. От размера зависят оптические свойства: при внешнем облучении малые нанокристаллы светятся фиолетовым светом, а большие - красным.Основное препятствие для введения в организм человека - их токсичность по отношению в живым клеткам.применение в медицине: диагностика раковых опухолей (для локализации опухоли перед операцией по её удалению). Применение Изучение структуры клеток и их органоидов Колокализация в клетке двух и более веществ Объемная реструктуризация объекта Исследование динамических процессов

41. Преимущества квантовых точек возможность долговременной визуализацииодновременная детекция множества сигналоввысокий квантовый выход (до 90% яркость флуоресценцииузкий и симметричный спектрширокий спектр поглощениявозбуждение различных квантовых точек одним источникомустойчивость к фотовыцветаниюфотостабильность

42. Оптические методы исследования белков.

Органические спектры имеют полосы поглощения в видимой и УФ областях спектра.Поглощение света белками в области 240-300 нм обусловлено, главным образом, ароматическими аминокислотами - триптофаном, тирозином и фенилаланином.Измерить концентрацию белков можно с помощью спектрофотометрии.   Если известен коэффициент экстинкции нужного белка, поглощение раствора белка можно измерить непосредственно на фиксированной длине волны 280 нм.   Преимущества метода:не требует специальных реактивов (белок не модифицируется и не дезактивируется в процессе)- не требует периода инкубации (измерения выполняются быстро и с высокой воспроизводимостью)Недостаток:- необходимо знать коэффициент экстинкции измеряемого белка*Коэффициент экстинкции — оптическая плотность раствора при данной длине волны и толщине поглощающего слоя, равной 1 Количество ароматических боковых цепей сильно варьируется от одного белка к другому, поэтому для определения концентрации белков часто используют более точные методы с применением красителей. Краситель, связанный с белком, образует цветной комплекс, наблюдаемый в видимой области.   Три наиболее распространенные процедуры анализа:- биуретовый метод- метод Бредфорда- метод бицинхониновой кислоты (БЦК) Метод Бредфорда основан на изменении цвета реактива Кумасси при связывании с белком. Изменение цвета от красного к синему происходит по мере связывания с белком в кислой среде. Реакция зависит от концентрации основных аминокислот. Количество лигандов красителя Кумасси, связанных с каждой молекулой белка, примерно пропорционально количеству положительных зарядов на белке. *Лиганд — это химическое соединение (часто, но не всегда, малая молекула), которое образует комплекс с той или иной биомолекулой (чаще всего белком, например клеточным рецептором, но иногда, например, с ДНК) и производит, вследствие такого связывания, те или иные биохимические, физиологические или фармакологические эффекты. Концентрацию белка в неизвестных образцах можно определить калибровочной кривой, которую обычно строят по образцам бычьего сывороточного альбумина. Такое количественное определение дает приблизительный результат, так как доля положительно заряженных аминокислот различается у разных белков.

43. Синтетические и натуральные полимеры для тканевой инженерии.

Идея тканевой инженерии (или реконструкции тканей), заключается в «починке» или замене поврежденных, отсутствующих или неправильно функционирующих тканей или органов. Эта задача решается путем манипуляции клетками вне их естественного окружения и получения тканей, которые после пересадки пациентам могли бы выполнять свои функции. Подходящий материал для тканевой инженерии должен обладать не только биосовместимостью, но и быть способным обеспечить необходимые механические и функциональные свойства при восстановлении ткани.Из синтетических полимеров в основном используется полиэтиленгликоль HO-(CH2-CH2-O)n-H По своей структуре полиэтиленгликоль с молекулярной массой<400 - вязкая жидкость400-2000 - воскообразные вещества>2000 - кристаллические веществаИспользуемые натуральные полимеры:альгинат, желатин, коллаген, хитозан, фибрин, гилауроновая кислота, часто получены из тканей животных или человека. Преимущества натуральных полимеров в тканевой инженерии: - сходство с внеклеточным матриксом человека и присущая биологическая активность Преимущества синтетических материалов: - могут быть адаптированы к конкретным механичесиким свойствам для замены определенных типов ткани Проблемы при использовании синтетических материалов: - плохая биосовместимость- токсичные продукты разложения- потеря механических свойств в процессе разложенияНесмотря на эти недостатки, для применений в регенерации тканей привлекательны синтетические гидрогели. Они являются как гидрофильными, так и абсорбентными, их механические свойства во время синтеза просто контролировать.