WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS


Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 31 |

Ульянова онега владимировна методология повышения безопасности бактериальных вакцин на модели вакцинных штаммов brucella abortus 19 ba, francisella tularensis 15 нииэг, yersinia

-- [ Страница 15 ] --

методом фотодинамического воздействия (математическое моделирование) фотосенсибилизатора МС, лазерного и фотодиодного излучений, а также ФДВ на рост бактерий E. сoli В6, E. сoli К12, E. сoli О1, P. aeruginosa 27533, P. aeruginosa 27853. При проведении указанных экспериментов 100 % инактивации бактериальных клеток не зарегистрировано. Для выбора оптимальных условий инактивации клеток необходимо провести исследование влияния бактерий на статистические характеристики спекл-полей (размер и контраст спеклов), формирующихся внутри концентрированных бактериальных взвесей под действием лазерного излучения (ЛИ). Свет лазера отличается от остального оптического излучения высокой степенью монохроматичности и пространственной дифракционная картина состоит из большого количества пятен случайной формы и размеров, которые хаотически расположены в пространстве – это лазерные спеклы.

Если рассеяние ЛИ происходит на движущихся рассеивателях (например, бактериальных клетках, участвующих в броуновском движении), то очертания и форма спеклов непрерывно видоизменяются, а реализации спекл-поля постоянно сменяют одна другую; при этом интенсивность рассеянного поля флуктуирует во времени в любой точке пространства. Это называется динамикой спеклов. В работе было установлено, что все специфические механизмы взаимодействия ЛИ с живыми характеристиками биообъекта и длиной волны лазера, а именно с динамикой короткоживущих биоспеклов.

Моделирование процессов формирования биоспеклов внутри бактериальных взвесей Проведено экспериментальное исследование процессов формирования биоспеклов внутри бактериальных взвесей различной концентрации. Для этого использовали модельные образцы. Движущиеся бактерии имитировали водной суспензией интралипида, которую добавляли в агар. Чтобы выявить средний размер биоспеклов, необходимо было остановить броуновское движение. В этом случае в агар добавляли диоксид титана. Рассеивающие характеристики модельных образцов варьировали изменением концентрации интралипида и диоксида титана.

На рисунке 15 представлена схема экспериментальной установки, с помощью которой регистрировали и обрабатывали флуктуации интенсивности биоспеклов с чрезвычайно широким спектром в модельных образцах в режиме реального времени.

Регистрация и обработка измеряемого сигнала проводилась с помощью пакета LabView 8.5.

Рисунок 15 – Схема экспериментальной установки для регистрации и обработки флуктуаций интенсивности биоспеклов: а – He-Ne лазер (Рмакс. = 5мВт, = 633 нм, d= 1 мм); б – собирающая линза с фокусным расстоянием 250 мм;

в – сфокусированный лазерный пучок; г – кювета с рассеивающей взвесью;

д – детектирующее оптическое волокно, соединенное с фотоприемником PDA- (Thorlab, США); е – двухканальная плата АЦП NI USB-5133, 8 бит, полоса 50 МГц В ходе экспериментальных исследований были получены данные, характеризующие временные масштабы флуктуаций интенсивности спекл-полей внутри модельных образцов бактериальных взвесей различной концентрации.

Установлено, что «время жизни» спеклов определяется эффективным числом рассеивателей, т.е. концентрацией бактериальных клеток в облучаемой взвеси. На рисунке 16 представлена зависимость временных масштабов флуктуаций интенсивности спекл-поля внутри модельных образцов концентрированных бактериальных взвесей от эффективного числа рассеивателей в среде. С учетом того, что средние размеры клеток (0,6 х 2 мкм) заметно превышают длину волны красного света (650 нм), то при концентрациях бактериальных клеток до 1·10 9 м.к./мл эффектами многократного когерентного рассеяния можно пренебречь. В этом случае число эффективных рассеивателей в единице объема может быть принято равным концентрации бактериальных клеток во взвеси.

Рисунок 16 – Зависимость времени корреляции corr флуктуаций биоспеклов от эффективного числа рассеивателей (Nsc) в среде Таким образом, характерное среднее время флуктуаций спеклов, при котором происходит наиболее эффективное ФДВ на бактериальные клетки, может быть задано выбором соответствующей концентрации бактериальных клеток.

Экспериментальные данные находятся в хорошем соответствии с теоретическими результатами, расхождение составляет менее 3 %.

Влияние концентрации клеток E. coli spp. и P. aeruginosa spp. на размер биоспеклов Учитывая, что размеры бактериальных клеток штаммов E. сoli В6, E. сoli К12, E. сoli О1, P. aeruginosa 27533, P. aeruginosa 27853 близки, дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования проводили на бактериях штаммов E. coli В6 и P. aeruginosa 27533.

Размеры спеклов, формирующихся внутри бактериальных взвесей E. coli В6 и P. aeruginosa 27533 при ФДВ измеряли методом спекл-микроскопии высокого пространственного разрешения. На рисунке 17 дано изображение спекл-микроскопа (а) и его схема (б).

Для устранения эффектов, связанных с броуновским движением клеток, бактерии помещали в оптически прозрачный 1 % агар при температуре 45 С. При затвердевании агара броуновское движение прекращалось, а жизнеспособность бактерий сохранялась, форма и размеры клеток не нарушались.

Типичное изображение спекл-поля, формирующегося после прохождения когерентного излучения через неподвижные бактериальные клетки, зафиксированные в застывшем агаре и флуктуации интенсивности спекл-поля показаны на рисунках 18 и 19 соответственно.

Представлены сглаженные данные, отражающие крупномасштабную амплитудную модуляцию зарегистрированного спекл-поля. Сглаживание проводилось с помощью свертки с прямоугольным окном. Область, по которой проводилось осреднение, имела размеры 70х70 пикселей. После удаления найденного двумерного тренда вычисляли автокорреляционную функцию Рисунок 17 – Спекл-микроскоп для измерения размеров спеклов, формирующихся в бактериальной взвеси: а – общий вид; б – схема: 1 – освещающий лазерный пучок (мощность 3 мВт, длина волны 650 нм); 2 – конденсор; 3 – столик микроскопа;





4 – бактериальные клетки в застывшем агаре (толщина образцов 4 мм); 5 – капля иммерсионного масла; 6 – 90-кратный микрообъектив с апертурой 1.25; 7 – окулярмикрометр; 8 – система формирования изображения, сопряженная с плоскостью CMOS камеры; 9 – CMOS камера Phoenix PC 1280 USB Digital Camera пространственных флуктуаций интенсивности спеклов. Длина, на которой нормированная корреляционная функция спадает в 2.73 раза, что соответствует половине среднего размера спекла в сформировавшейся дифракционной картине.

Как показали результаты исследований спекл-поля методом спекл-микроскопии, корреляционная функция пространственного распределения интенсивности имеет вид дельта-функции. Это означает, что спекл-микроскопия не позволяет произвести точные измерения размеров спеклов, а позволяет провести лишь приближенную оценку. Средние размеры спеклов, образующихся в бактериальных взвесях концентрацией 107–109 м.к./мл, меньше или равны длине волны когерентного излучения, использованного в микроскопе, и составляют порядка 650 нм.

Рисунок 18 – Спекл-поле, наблюдаемое в когерентном микроскопе при рассеянии когерентного света на неподвижных бактериальных клетках Влияние концентрации клеток E. coli В6 и P. aeruginosa 27533 на контраст биоспеклов Как было показано в предыдущем разделе, измерения с помощью спекл микроскопа позволяют лишь утверждать, что размеры формирующихся спеклов соизмеримы с длиной волны излучения. В свою очередь это означает, что CMOS или CCD камеры работают в режиме пространственного интегрирования спеклов по апертуре каждой ячейки (пикселя) камеры. Как следует из результатов исследований Рисунок 19 – Флуктуации интенсивности спекл-поля (одна линия из двумерного представленных в монографии (Гудмен, 1988), в этом случае, измерения дают заниженные значения контраста спеклов, измеренное значение контраста равно:

где Сизмер – измеренное значение контраста; Сист – истинное значение контраста; N – среднее количество спеклов, попадающих в апертуру каждой ячейки камеры.

Поэтому, для определения истинного значения контраста вместо спеклмикроскопа была использована установка (Рисунок 20), собранная на основе микроскопа МБС-10 (ЛОМО). В этой установке облучение анализируемого образца также производили когерентным излучением на длине волны 650 нм. Увеличение данной системы невелико и составляет 1.2. Непосредственно за объективом установлена ирисовая диафрагма.

Изменение размера апертуры диафрагмы позволяет управлять размером спеклов в плоскости наблюдения. Важно отметить, что контраст спеклов не изменяется, даже если размеры начинают превышать размеры отдельных ячеек (пикселей) CMOS камеры.

Рисунок 20 – Установка для определения контраста спеклов, формирующихся в Фрагменты спекл-полей, формирующихся при рассеянии света на ансамбле кишечной и синегнойной палочек, находящихся во взвесях с различной концентрацией представлены на рисунке 21.

Рисунок 21 – Фрагменты спекл-полей – изображения, полученные при рассеянии когерентного излучения в образцах бактериальных взвесей: P. aeruginosa 27533 – 105 м.к./мл (а); 107 м.к/мл (б); 109 м.к./мл (в); E. coli В6 - 105 м.к./ мл (г); 107 м.к/мл (д);

Из цифрового изображения спекл-поля выделяли одну центральную линию и проводили сглаживание флуктуаций интенсивности. После удаления тренда вычисляли контраст лазерных спеклов. Пример реализации спекл-поля представлен на рисунке 22.

Как показали экспериментальные исследования, контраст спеклов зависит главным образом от концентрации клеток в бактериальной взвеси и толщины облучаемого образца.

Рисунок 22 – Пример реализации спекл-поля при рассеянии света на образце, содержащего взвесь клеток P. aeruginosa 27533 в концентрации 105 м.к./мл:

сплошная линия – сглаженные данные; точки – измеренные значения интенсивности в одной линии изображения, зарегистрированные CMOS камерой В конфигурации обратного рассеяния, при толщине образцов 5 мм, контраст биоспеклов лежит в диапазоне:

0,60-0,65 – концентрация клеток 105 м.к./мл;

0,70-0,80 – концентрация клеток 107 м.к./мл;

0,85-0,90 – концентрация клеток 109 м.к./мл.

Таким образом, очевидно, что с ростом концентрации клеток в бактериальной взвеси увеличивается контраст и размеры спекл-полей, формирующихся внутри бактериальных взвесей при облучении. Для проведения дальнейших экспериментов использовали взвесь бактерий в концентрации 109 м.к./мл.

бактериальных клеток с излучением фотосенсибилизатора, находящегося в водном растворе. Возбужденные молекулы фотосенсибилизатора, взаимодействуя с молекулами кислорода, растворенного в водной фракции физиологического раствора, приводят к образованию синглетного кислорода (О2*) - чрезвычайно агрессивного окислителя. В свою очередь, молекулы О2* воздействуют на клетки бактериальной взвеси (фотодинамическая реакция типа II по классификации Шенка (Красновский, 2004). Какова вероятность столкновения О2* с бактериальными клетками, находящимися в водном растворе? Молекулы О2* образуются возле каждой клетки в бактериальной взвеси (Рисунок 23).

Время жизни синглетного кислорода в водной среде составляет порядка = 3,510-6 с (Владимиров, 1989). Средняя скорость движения молекул кислорода в водной среде может быть оценена с помощью теории подобия (Седов, 1987):

соседними молекулами H2O может быть грубо оценено с помощью закона Авогадро.

Из упомянутого закона следует, что 18 см3 вещества содержит 6,02·1023 молекул, тогда:

Рисунок 23 – Иллюстрация действия О2*, образованного в процессе ФДВ на клетку E. coli B 6: а – бактериальная клетка, б – метиленовый синий, в – синглетный скорость движения молекул кислорода в идеальном газе, (которая составляет кислорода соответственно.

Из последнего соотношения следует, что r 31010 м.

Среднее число соударений молекул синглетного кислорода с молекулами воды за время () жизни в возбужденном состоянии составляет:

Проведён анализ статистики соударений О2* с молекулами воды. После некоторыми случайными углами и (Рисунок 24).



Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 31 |
 


Похожие материалы:

« СТЕПАНОВ Николай Витальевич СОСУДИСТЫЕ РАСТЕНИЯ ПРИЕНИСЕЙСКИХ САЯН 03.02.14 - Биологические ресурсы Диссертация на соискание учёной степени доктора биологических наук Красноярск 2014 СОДЕРЖАНИЕ 4 Введение Глава 1. История исследования флоры 14 Глава 2. Физико-географические условия. 28 29 2.1. Геоморфология, орогенез, геология 33 2.2. Гидрография 35 2.3. Климат 39 2.4. Почвы 41 2.5. Растительность Глава 3. Материалы и методы исследований. 72 Глава 4. Анализ флоры сосудистых ...»

«НА ПРАВАХ РУКОПИСИ СИГИДА РОМАН СЕРГЕЕВИЧ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ РИТМОСТАЗА У ПОДРОСТКОВ С РАЗЛИЧНОЙ АДАПТАЦИЕЙ К УЧЕБНЫМ НАГРУЗКАМ 03.00.13 – ФИЗИОЛОГИЯ Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор В.А. Батурин Ставрополь - 2004 2 Принятые сокращения АД –артериальное давление АМо- амплитуда моды АП - адаптационный потенциал ВПМ- вариационная пульсометрия ДАД –диастолическое артериальное давление ДМ –динамометрия ...»

« РЫЛЬНИКОВ Валентин Андреевич ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПОДХОДЫ К УПРАВЛЕНИЮ ЧИСЛЕННОСТЬЮ СИНАНТРОПНЫХ ВИДОВ ГРЫЗУНОВ (на примере серой крысы Rattus norvegicus Berk.) Специальность 03.00.16 – экология Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук Пермь – 2007 2 Оглавление Введение………………………………………………………………………. 7 Глава 1. Обзор литературы 1.1. Экология серой крысы (пасюк)………………………………………… 25 1.1.1. Характеристика питания серой крысы…….………………………… 25 1.1.2. ...»

« Подсвирова Ирина Александровна Микробиологический мониторинг патогенов гнойновоспалительных заболеваний в хирургических отделениях и в отделении реанимации и интенсивной терапии в многопрофильном стационаре 03.02.03 – микробиология Диссертация на соискание учёной степени кандидата медицинских наук Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор Андрей Юрьевич Миронов доктор медицинских наук Елена Васильевна Алиева Ставрополь — 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ...»

« Орлова Дарья Юрьевна КИНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ЛИГАНД-РЕЦЕПТОРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРОТОЧНОЙ ЦИТОМЕТРИИ И ЛАЗЕРНОЙ СКАНИРУЮЩЕЙ МИКРОСКОПИИ Специальность 03.01.02 – биофизика Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Научный руководитель доктор физико-математических наук Мальцев В.П. Новосибирск – 2011 Содержание Введение Глава 1 Обзор литературы 1.1. “Лиганд” и “рецептор”. Типы клеточных рецепторов ...»

« 'Oi.200.7 1 5 5 9 3 МИНАЕВА Любовь Валерьевна ^/-/eMaci^cL^ ЭКСПЕРРТМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РОЛИ ИЗМЕНЕНИЙ СИСТЕМЫ ГЛУТАТИОНА В РЕАЛИЗАЦИИ ПОБОЧНЫХ ЦИТОТОКСИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ПОВТОРНОГО ВВЕДЕНИЯ ЦРЖЛОФОСФАНА 14.00.20 - токсикология, 03.00.04 - биохимия Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Научные руководители: доктор медицинских наук профессор А.И.Карпищенко кандидат медицинских наук С.И.Глушков САНКТ- ПЕТЕРБУРГ 2007 2 ОГЛАВЛЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ...»

« ЛАРИОНОВ АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ РАЗНООБРАЗИЕ СТЕПНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ГРАДИЕНТЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОСТИ КЛИМАТА В ХАКАСИИ 03.00.05 – БОТАНИКА Научный руководитель Ермаков Николай Борисович д.б.н., с.н.с. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Новосибирск - 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования Цели и задачи исследования Защищаемые положения Научная новизна Практическая значимость Апробация работы и публикации Благодарности ГЛАВА 1. ...»

«Кочерина Наталья Викторовна АЛГОРИТМЫ ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКОГО УЛУЧШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ Специальность 03.00.15 – Генетика Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный руководитель доктор биологических наук, профессор, академик РАСХН В. А. Драгавцев Санкт–Петербург – 2009 2 Оглавление Глава I. Введение…………………………………………………….……….…4 О реальной природе организации сложных полигенных экономически важных признаков растений…….……………………9 Глава II. Постановка задач ...»

« ГАЛКИНА МАРИЯ АНДРЕЕВНА БИОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИНВАЗИОННЫХ ВИДОВ РОДА BIDENS L. В ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ 03.02.01 – БОТАНИКА ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Научный руководитель д.б.н. Виноградова Ю.К. Москва – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ……………………………………………………………………….4 Глава 1. Объекты и методы ………………………………………………….10 Глава 2. История распространения инвазионных видов рода Bidens L. на территории Европы …………………………………… Глава 3. ...»

« Никитенко Елена Викторовна МАКРОЗООБЕНТОС ВОДОЕМОВ ДОЛИНЫ ВОСТОЧНОГО МАНЫЧА 03.02.10 – гидробиология Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук Научный руководитель: доктор биологических наук, Щербина Георгий Харлампиевич Борок – 2014 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8 ГЛАВА 2. ФИЗИКО–ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 17 ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 36 ГЛАВА 4. МАКРОЗООБЕНТОС ВОДОЕМОВ ДОЛИНЫ ВОСТОЧНОГО ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.