Лазерная интерференционная микроскопия морфологии и динамики биологических объектов в реальном времени

• Автор: Игнатьев, Павел Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МЕТОДОВ МИКРОСКОПИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
1.1 Атомно-силовая микроскопия локальных наномеханических колебаний клеточной стенки хлебопекарных дрожжей
1.2 Трехмерная флуоресцентная микроскопия многофотонного возбуждения для исследования динамики эритроцитов
1.3 Высокоскоростная конфокальная микроскопия медленных изменений морфологии кардиомиоцитов и клеток HeLa
1.4 Лазерная интерференционной микроскопии как альтернатива традиционным методам оптической микроскопии
1.4.1 Гильберт-фазовая микроскопия динамики эритроцитов
1.4.2. Оптическая когерентная томография клеток крови
1.4.3 Динамическая микрофотометрия фликкера эритроцитов
1.4.4 Когерентная фазовая микроскопия динамики биологических объектов
1.4.5 Модуляционная интерференционная микроскопия внутриклеточных и мембранных процессов в нейронах
ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МОРФОЛОГИИ ВНУТРИКЛЕТОЧНОЙ ДИНАМИКИ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
2.1 Метод локальной динамической микроскопии для регистрации внутриклеточной динамики в реальном времени
2. L1. Модуляционный метод воспроизведения низкочастотных флуктуаций фазовой толщины
2.1.2. Программное обеспечение метода локальной динамической микроскопии
2.2 Новое поколение высокоскоростных модуляционных интерференционных микроскопов МИМ для исследования биологических объектов
2.3 К вопросу о разрешении в интерференционной микроскопии
2.3.1. Дифракционная модель сверхразрешения
2.3.2 Метод топологических фаз
2.3.3. Компенсационный метод измерения фазы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРОБОВАНИЕ МЕТОДОВ ЛОКАЛЬНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ И МОДУЛЯЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ ЛАЗЕРНОЙ МИКРОСКОПИИ НА БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ
3.1 Исследование активации лимфоцитов

3.2 Исследование изменений в морфологии эритроцитов при оксигенировании.
3.3 Определение жизнеспособности спор Nozema Apis методом модуляционной интерференционной микроско пии
3.4 Исследование спонтанной самоорганизации газовых микропузырей в жидкости методом модуляционной интерференционной микроскопии
3.5 Локализация «голосов» эритроцитов
3.6 Исследование динамики нервных волокон методом модуляционной интерференционной микроскопии
3.7 НСТ-116 Интерактивный диалог с клеткой
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖНИЕ А
ПРИЛОЖНИЕ Б

Введение
Современный уровень развития оптической электроники и вычислительной техники позволяет создавать и успешно внедрять новые инструменты исследования биологических объектов. Последние достижения в области компьютерной микроскопии и томографии [1-7] в сочетании с автоматизированными системами распознавания образов широко используются в качестве исследовательских и диагностических инструментов в биологии и медицине.
Исследования корреляции между функциональным состоянием отдельной клетки и физическими параметрами ее органелл является одной из актуальных проблем биологии [8-10]. Ее решение будет иметь фундаментальное значение для понимания внутриклеточной динамики, а также откроет перспективу разработки новых методов диагностики в молекулярной медицине. Практически важными приложениями таких методов являются скрининг биологически активных соединений и экспресс-диагностика ряда заболеваний на клеточном уровне [11].
Исследования в области динамики внутриклеточных процессов, таких как кинетика молекулярных моторов [12], кооперативные явления в мембранах и ферментных комплексах [13] и т.п. стимулировали дальнейший прогресс в развитии новых методов «прижизненной» микроскопии. Возникла острая необходимость регистрации динамических процессов в реальном времени.
В настоящее время для анализа динамических процессов в биологических объектах используются методы атомно-силовой микроскопии [14-17], однако вследствие инвазивности экспериментов

Серийный микроскоп МРУЗ “Ьекг” был модифицирован для обеспечения динамического фотометрирования клеток [38]. На место стандартного блока для возбуждения люминесценции препаратов был установлен гелий-неоновый лазер ЛГ-78 на юстируемом столике. Это позволило освещать препарат когерентным излучением лазера через наблюдательный объектив и реализовать оптический гетеродинный режим обратного рассеяния лазерного излучения. Сигнальный выход микроскопа-фотометра, стандартно связанный с управляющей ЭВМ, был параллельно соединён с входом цифрового анализатора частотного спектра сигнала СК4-72. Созданная в результате такой модификации установка для динамического микрофотометрирования схематически представлена на рисунке 1.4.3.1.
Рисунок 1.4.3.1 - Блок-схема установки для динамического
фотометрирования микрообъектов. 1 - Не-Ые лазер; 2 — полевые и измерительная диафрагмы; 3 - иллюминатор со светоделительной пластиной и поворотной головкой на 5 объективов; 4 - фото- либо видеокамера; 5 -фотометрический сопрягающий блок; 6 - фотоумножитель; 7 — блок ручного управления микроскопом; 8 - ЭВМ; 9 - видеотерминал ЭВМ; 10 - принтер; 11 - спектроанализатор.