Дисциплина Медицинская биохимия, принципы измерительных технологий в биохимии, патохимия, диагностика, биохимия злокачественного роста Часть 1

 

Схема экспериментальной установки показана на рис. 4. Принцип ее работы основан на возбуждении ППР по методу Кречмана с помощью ПВО широкого коллимированного лазерного пучка. Она состоит из источника излучения – компактного лазера 1 видимого диапазона, расширителя пучка 2 телескопического типа с пространственным фильтром в виде точечной диафрагмы, поляризатора 3, который выделяет поляризационную компоненту излучения, параллельную плоскости его падения на границу раздела сред, призмы 4, с помощью которой создаются условия ПВО, стеклянной пластинки 5 с напыленной на внешнюю ее сторону пленкой золота толщиной 50 нм, экрана 7 для получения изображения отраженного пучка, цифровой видеокамеры 8 для регистрации этого изображения и компьютера для записи и обработки полученных экспериментальных данных.

Рис. 4. Схема экспериментальной установки: 1 – лазер, 2 – расширитель пучка, 3 – поляризатор, 4 – призма, 5 – стеклянная пластинка с тонкой пленкой золота, 6 – исследуемая капля, 7 – объектив, 8 – цифровая ПЗС-камера, 9 – ПК

 

Пластинка приводится в оптический контакт с призмой с помощью иммерсионной жидкости. Капля исследуемой жидкости 6 помещается на верхнюю горизонтальную поверхность пластинки, покрытую тонкой металлической пленкой. Установка настраивается на резонанс при отражении излучения от капли, т.е. на минимум коэффициента отражения от нее при соблюдении условия ПВО. Если после этого каким-либо образом воздействовать на каплю (нагревать, охлаждать, изменять концентрацию или даже предоставить ей возможность свободно испаряться в окружающее пространство), то ее показатель преломления будет меняться, причем в общем случае неравномерно по объему капли. В соответствии с изменяющимся распределением показателем преломления в пристеночном слое будет меняться и коэффициент отражения лазерного пучка. В результате на изображении отраженного пучка можно наблюдать динамику изменения показателя преломления по меняющейся интенсивности света в изображении. Записав полученные изображения и проведя их компьютерную постобработку, можно определить количественные характеристики диагностируемых процессов в пристеночном слое капли жидкости.

Для создания установки использовался твердотельный лазер с длиной волны излучения 532 нм и мощностью 15 мВт, стеклянные пластинки, покрытые пленкой золота требуемой толщины – промышленно выпускаемые сенсоры для ППР-спектрометров фирмы «Korea Materials & Analysis Corp», видеокамера «Видеоскан-2-285-USB» с объективом Avenir. Установка была собрана на едином массивном основании, на котором крепятся два поворотных оптических плеча – с оптической и приемной системами, призма с креплением и необходимыми механизмами для юстировки. Установка позволяет исследовать физические процессы, происходящие в каплях и пристеночных слоях жидкости, контактирующей с металлическим покрытием стеклянных пластинок. Также установка может быть оборудована элементом Пельтье с радиатором для нагрева или охлаждения исследуемых капель. Кроме того, указанная камера может быть заменена на высокоскоростную видеокамеру Fastec Hispec со скоростью съемки до 100 000 кадров/с для исследования быстропротекающих процессов. На установке были проведены первые эксперименты по визуализации процесса перемешивания капель двух различных жидкостей. На рис. 5 приведены полученные экспериментальные изображения в динамике.

Условия эксперимента были подобраны таким образом, что условие ППР соблюдалось для границы раздела металл-вода, поэтому капля дистиллированной воды (справа) выглядит на изображении темной. Затем рядом с лежащей на пластинке каплей воды помещается капля глицерина, показатель преломления которой существенно отличается от показателя преломления дистиллированной воды (1,4631 и 1,3315 соответственно), поэтому для нее условие ППР уже не соблюдается, а значит, капля выглядит светлой, т.е. она невидима на фоне остального пучка, отраженного от границы раздела металлической пленки и воздуха. На рис. 5 мы видим «поглощение» невидимой каплей глицерина темной капли воды. На самом деле происходит процесс перемешивания двух капель, и показатель преломления получившейся смеси не удовлетворяет условиям ППР, поэтому смешанная капля тоже не видна на экспериментальных изображениях.