Эффекты многократного рассеяния лазерного излучения в дисперсных средах, содержащих золотые наночастицы

• Автор: Скапцов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы и постановка задач исследования
Глава 2. Рассеяние света на изолированных наночастицах различной
формы и структуры
2.1. Дисперсионные характеристики материалов наночастиц
2.2. Рассеяние света на сферически-симметричных частицах
2.2.1. Однородные наночастицы
2.2.2. Нанооболочки
2.2.3. Остеклованные наночастицы
2.3. Рассеяние света на несферических частицах
2.3.1. Однородные наностержни
2.3.2. Слоистые наностержни
Глава 3. Рассеяние лазерного излучения на агрегатах наночастиц
3.1. Модели и метод расчета
3.2. Агрегация золотых сферических наночастиц
3.3. Агрегация золотых сферических наночастиц с сильно-
рассеивающими частицами
Глава. 4. Моделирование многократного рассеяния лазерного излучения
в средах с наночастицами
4.1. Модели и методы расчета
4.1.1. 30 метод
4.1.2. 20 метод
4.2. Спектральные характеристики обратного рассеяния
4.2.1. Оптическая модель биоткани
4.2.2. Водные суспензии золотых наночастиц
4.2.3. Спектральные характеристики биоткани, содержащей золотые наночастицы
4.3. Концентрационная зависимость эффективности поглощения

Глава 5. Учет эффектов многократного рассеяния излучения в
диагностических и терапевтических методиках, использующих золотые наночастицы
5.1. Лазерный фототермолиз
5.2. Оптическая низко-когерентная томография
5.3. Колориметрический анализ
Заключение и выводы
Литератур

Введение
Актуальность темы
Закономерности взаимодействия лазерного излучения с различными природными и техническими объектами изучаются достаточно давно. Главной особенностью, определяющей процессы распространения лазерного излучения в биологических объектах, является многократное рассеяние излучения, обусловленное неоднородностью строения биотканей. При этом поглощение в большинстве случаев значительно меньше, чем рассеяние. Появление в последние годы различных типов плазмонно-резонансных наночастиц и их использование в качестве термофотосенсибилизаторов привело к необходимости решения задачи распространения лазерного излучения в сильно рассеивающих средах, дополнительно включающих в себя сильно поглощающие частицы с различной локализацией. Такие среды, образованные частицами с сильно различающимися оптическими свойствами, когда один тип частиц преимущественно рассеивает излучение, а другой тип частиц сильно поглощает, обладают целым рядом специфических свойств, которые к началу работы над диссертацией были изучены недостаточно.
Лазерное излучение позволяет осуществлять локальный нагрев биотканей с наночастицами (фототермолиз), такой метод фототермической терапии применяется для лечения ряда онкологических заболеваний. В этом направлении уже достигнуты определенные успехи, и в перспективе речь идет о внедрении метода в клиническую практику. Однако развитие метода сдерживается наличием ряда нерешенных проблем. В частности необходимо обеспечить точный локальный нагрев в заданном температурном диапазоне, необходимо оптимизировать параметры лазерного воздействия и концентрацию наночастиц.
Нанотехнологии дают уникальную возможность синтезировать частицы, обладающие заданными оптическими свойствами. Например, могут быть созданы частицы, сильно поглощающие или рассеивающие в определенной

V» = 1”мЧ''п(Х})4Лт14Х3)-Ч/п(х3)4'„(тмх3)
О, = тм4'п (х3 )ц/„ (тмх3) - £, (х3 ) = тмї'„ (х3 )£„ (тмх3) -1„ (х3 )|; (тмЛз) где ти = — , «, - показатель преломления і компоненты частицы относительно
2 я , „
вакуума, х,=—и4г( — дифракционный параметр, г, радиус частицы до г-тои

оболочки включительно. Коэффициенты преломления в соответствии с индексом / принимают следующие значения: 1 - кремниевое ядро, 2 - золотая оболочка, 3 - кремниевая оболочка, 4 - внешняя среда. Величины ц получаются заменой на тр в первом слагаемом г, перед функциями Рикатти-Беселя. На рисунке 2.11 представлены результаты расчета спектральных характеристик трехкомпонентных наночастиц.
Длина волны, нм а
Длина волны, нм

Рис.2.11 Спектр сечения экстинкции (а), альбедо (б) и фактора анизотропии (в) остеклованных нанооболочек при различной толщине б внешнего слоя 5Ю2 (диаметр ядра 8іС>2 120 нм, толщина золотой оболочки 10 нм): 1 - не остеклованные частицы; 2 -б=20нм, 3 - б=50нм, 4 — б=100нм.