Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет




НазваниеМинистерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет
страница17/45
Дата17.04.2013
Размер2.71 Mb.
ТипДокументы
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   45

Н. К. Дюсембаева, М. С. Сулейменов, Е. В. Селиверстова

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ЛАЗЕРНОГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА В СОВРЕМЕННОЙ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ


Карагандинский государственный медицинский университет, Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова


Методы лазерного флуоресцентного анализа, как известно, занимают важное место в молекулярно-генетической диагностике. Они активно применяются для диагностики большого числа заболеваний человека и в биомедицинских исследованиях [1,2]. В основе лазерной флуоресцентной диагностики - регистрация фотонов, которые испускаются молекулами, при переходе их из электронно-возбужденных синглетных состояний в синглетное основное. Флуоресцентные методы обеспечивают количественную оценку физических параметров клеточных мембран, изменение конформации белков, анализа аминокислот и решение многих других задач.

Возбуждение атомов и молекул происходит при поглощении ими квантов лазерного излучения (ЛИ) ближнего ультрафиолетового или видимого диапазона за время около 10-15 с. При этом, молекула переходит из основного состояния на один из высших колебательных подуровней. После безызлучательной релаксации, она опускается на самый нижний колебательный подуровень за время 10-12 – 10-11 с. Возвращение в основное синглетное состояние сопровождается спонтанным высвечиванием фотонов, которые и регистрируются. Переход из синглетных состояний без изменения спинов электронов квантомеханически разрешен. Для этого возбужденного состояния типичное время жизни (затухания) - порядка 10-8 с. Этот процесс и принято называть флуоресценцией.

Если перед испусканием фотона один из электронов молекулы изменит свой спин, то молекула оказывается в триплетном состоянии, переход из которого в основное синглетное состояние квантовомеханически не разрешен и его вероятность очень мала. Такой процесс называют фосфоресценцией со временем жизни такого состояния 10-3 – 102с [3,4].

Основная проблема в повышении эффективности лазерной флуоресцентной диагностики (ЛФД) – надежное и точное выделение полезных флуоресцентных сигналов из многокомпонентной смеси сложных многоатомных молекул, характерных для биологических материалов. То есть, другими словами, чувствительность и избирательность метода. Как известно, многие биологические объекты имеют собственные флуоресцирующие компоненты – флуорофоры или обладают собственной флуоресценцией. Однако зачастую такие свойства многих биообъектов слабо выражены и поэтому эндогенная флуоресценция трудно поддается анализу. В частности, спектры собственной флуоресценции биологических объектов, чаще всего не проявляются в виде узких спектральных линий, а напротив, имеют место широкие спектры с перекрытием пиков интенсивности.

Чтобы решить эту проблему, в качестве зондов используют чужеродные для исследуемого биообъекта - экзогенные флуорофоры, которые имеют лучшие флуоресцентные свойства. Еще одной эффективной мерой для повышения точности и воспроизводимости результатов может быть выбор в качестве анализируемого параметра не интенсивности полезного сигнала флуоресценции, а времени жизни возбужденных состояний флуорофоров, которое можно оценить по кинетике фотопроцессов с их участием.

В последние годы, применение в медицине новых технологий в лечении различных болезней все чаще ставит вопрос о сокращении его сроков. Поэтому есть необходимость в разработке экспрессных методов диагностики заболеваний. Существующие методы, например, микробиологический анализ, как известно, занимают достаточно длительное время, в ряде случаев - до нескольких недель. В этом смысле методы ЛФД, а также другие люминесцентные методы диагностики можно считать приоритетными, так как они способны обеспечивать экспресс-диагностику с приемлемыми параметрами чувствительности и избирательности. Высокочувствительные лазерные методы особенно легко комбинируются с известными методами анализа – хроматографией и масс - спектрометрией, поэтому высокая избирательность методов ЛФД в сочетании с высокой чувствительностью представляет исключительную ценность для молекулярной диагностики. Наконец, еще одним важным преимуществом методов ЛФД можно считать их неинвазивность.

Широкое применение во флуороресцентной диагностике лазеров, в том числе, в последние годы - со сверхкороткой длительностью импуль-сов (до 10-12 - 10-15 с.), в сочетании с быстродействующими оптическими затворами, существенно расширило методы регистрации кинетики флуоросценции многих органических флуорофоров. Это дает возможность исследования динамики молекулярных процессов и химических реакций, а также анализа многокомпонентных биоматериалов.

Таким образом, очевидно, что перспективы дальнейшего прогресса методов ЛФД для задач молекулярно-генетических исследований связаны с применением лазеров. Сегодня основные усилия в разработке технологий ЛФД и приборов на их основе направлены на максимальное использование уникальных свойств лазерного излучения. При этом в последние несколько лет наблюдается тенденция к все более широкому применению лазерных диодов в практически всех типах диагностических систем и приборов оптической спектроскопии. Этот тип лазеров обладает уникальным сочетанием характеристик: самым высоким среди лазеров КПД (более 20%), широким диапазоном длин волн излучения, большим сроком службы, малым потреблением энергии и сверхкомпактностью размеров.

Отметим наиболее важные направления дальнейшего развития методов ЛФД для задач молекулярно-генетических исследования механизмов развития патологий:

1. Возможность исследования почти любых квантовых переходов в атомах и молекулах за счет перестраиваемости длины волны лазерного излучения (ЛИ) в широком диапазоне 10-7 – 4 · 10-6 м .

2. Возможность исследования нелинейных взаимодействий света с атомами или молекулами за счет высокой интенсивности лазерного излучения .

3.Возможность измерять спектральные переходы между возбуждёнными квантовыми состояниями за счет управляемой сверхкороткой длительности лазерных импульсов.

Выводы

1. Дальнейший прогресс в разработке приборов для молекулярно-генетической диагностики, в значительной степени обусловлен развитием лазерной фотоники и прямо связанных с ней методов ЛФД, которые будут способны обеспечить раннюю и высокоточную диагностику заболеваний и, как следствие, повышение эффективности лечения.

2. Разработка таких приборов ЛФД кроме новых аппаратных решений, требует новых подходов к разработке программного обеспечения обработки и анализа диагностической информации, разработки практических методик ее применения в прикладной клинической медицине.

Литература

  1. Кофиади И.А., Ребриков Д.В. Методы детекции однонуклеотидных полиморфизмов: аллельспецифичная ПЦР и гибридизация в олигонуклеотидной пробой //Генетика. – 2006. – Т.42, №1. – С. 22-32.

  2. Poland G.A., Ovsyannikova I.G., Jacobson R.M. Application of pharmacogenomiks to vaccines //Pharmacogenomiks. – 2009. – Vol. 10, N.5. – P. 837-852.

  3. Левшин Л.В., Салецкий A.M. Люминесценция и ее измерения //МГУ. – 1989. - 279 с.

  4. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях //Саратов. - Изд-во Саратовского Университета. – 1998. - 350с.



1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   45

Похожие:

Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет icon1. Линейные элементы электронных схем
Министерство образования и науки республики казахстан карагандинский государственный технический университет
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет icon1. Линейные элементы электронных схем
Министерство образования и науки республики казахстан карагандинский государственный технический университет
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет iconМинистерство образования и науки республики казахстан карагандинский государственный технический университет
Программа вступительного экзамена по дисциплине «Основы технической эксплуатации тт»
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет iconРеспублики Казахстан Карагандинский государственный технический университет
Государственная программа развития образования в Республике Казахстан на 2011 – 2020 годы
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет iconМинистерство образования и науки республики казахстан карагандинский государственный технический университет
Перечень дисциплин вступительного экзамена для магистрантов по специальности 6М090100 «Организация перевозок, движения и эксплуатация...
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет iconН ациональный банк республики казахстан карагандинский филиал пресс релиз №3
Карагандинский филиал Государственного учреждения «Национальный Банк Республики Казахстан» информирует об объявлении Национальным...
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет iconПрограмма и задания вступительного экзамена для магистрантов по специальности 6М073100 безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды кафедры: «Рудничная аэрология и охрана труда»
Министерство образования и науки республики казахстан карагандинский государственный технический университет
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет iconПрограмма и задания вступительного экзамена для магистрантов по специальности 6М073100 безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды кафедры: «Рудничная аэрология и охрана труда»
Министерство образования и науки республики казахстан карагандинский государственный технический университет
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет iconРеспублики Казахстан Карагандинский государственный технический университет
О реализации учебных, научных и исследовательских программ в рамках инновационного консорциума «Корпоративный Университет»
Министерство здравоохранения республики казахстан карагандинский государственный медицинский университет iconРеспублики Казахстан Карагандинский Государственный Технический Университет
Программа вступительного экзамена по дисциплине «Алгоритмизация и программирование»
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница