Использование люминесценции в биологии и медицине

• Качественный анализ - определение наличия (или отсутствия) каких-либо веществ (молекул) по форме спектра люминесценции. При этом можно изучать структуру молекул вещества; межмолекулярное взаимодействие; химические превращения.

• Количественный анализ - определение количества вещества по интенсивности спектра люминесценции.

Макроанализ - наблюдение невооруженным глазом люминесценции объектов, облученных УФ-излучением:

- проверка качества и сортировка пищевых продуктов.

- сортировка фармакологических средств.

- свечение волос, чешуек, ногтей при диагностике их поражения грибком и лишаем.

Флуоресцентные зонды - при введении раствора такого люминофора в кровь он разносится по всему организму и диффундирует в дерму и эпидермис. В поверхностных тканях с пониженным кровоснабжением люминесценция появляется позже, чем в тканях с нормальным кровоснабжением.

Флуоресцентные метки - Если добавить такие антитела к суспензии смеси клеток, то они связываются только с теми из них, на поверхности которых находятся специфические к данному антителу антигены. Данная методика используется в иммунологических исследованиях крови.

Люминесценция. Правило Каши, закон Вавилова и закон Стокса.

Люминесценция - излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний.

Одной из причин, вызывающих люминесценцию, является внешнее излучение, которое возбуждает молекулы тела. Например, падающий свет.

Вещества, способные превращать поглощаемую ими энергию в люминесцентное свечение, называют люминофорами.

Люминесценция - результат квантовых переходов в возбужденных атомах, молекулах, кристаллах.

Согласно закону Стокса спектр люминесценции расположен в более длинноволновой области по сравнению со спектром поглощения того же соединения. Это означает, что средняя энергия квантов люминесценции меньше средней энергии поглощенных квантов.
Правило Каши - спектр флуоресценции (и фосфоресценции) не зависит от длины волны возбуждающего излучения. Испускание квантов флуоресценции всегда происходит с нижнего возбужденного уровня молекулы. Это означает, что какой бы длиной волны ни была возбуждена молекула (разные вертикальные стрелки вверх на схеме), излучение будет происходит из одного и того же состояния молекулы и спектр флуоресценции во всех случаях будет одинаковым.
Согласно закону Вавилова, квантовый выход люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света.
Правило Каши и закон Стокса имеют большое значение при проведении спектрофлуориметрических измерений.

Дозиметрия.

Дозиметрия - изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.

Поглощенная доза излучения - это энергия ионизирующего излучения, поглощенная единицей массы поглощающего вещества. Поглощенная доза определяется для всех видов ионизирующего излучения. Она зависит от природы излучения и свойств вещества. Поглощенная доза измеряется в Греях (Гр). 1 Грей – доза, которая характеризует поглощение 1 килограммом вещества 1 Джоуля энергии.

Экспозиционная доза – это общее количество радиоактивного излучения, достигающего вещества. не зависит от характеристик вещества, а определяется только характеристиками излучения.

Энергия ионизирующих излучений значительно отличается от тепловой энергии. Смертельная экспозиционная доза гамма-лучей очень незначительно изменяет температуру тела. Излучения, проходя через живые клетки, изменяют структуру важных био молекул. При этом длительное действие небольшой дозы излучения является более благоприятным, чем быстрое действие той же дозы, поскольку при длительном действии происходят исправления (репарация) некоторых повреждений

Био эффект действия радиации при прочих равных обстоятельствах прежде всего определяется дозой облучения.

Измерение дозы излучения с целью предсказания радиационного эффекта осуществляют с помощью дозиметрических приборов - дозиметров.

В целях регламентации (гигиенического нормирования) радиационного воздействия на человека пользуются понятием предельно допустимой дозы за год (ПДД). Это – наибольшая величина индивидуальной эквивалентной дозы за год, которая при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала (профессиональных работников) неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными радиобиологическими методами. Предельную эквивалентную дозу за год для ограниченной части населения называют пределом дозы за год (ПД).