Одночастичные и коллективные оптические свойства золотых нанооболочек в связи с биомедицинскими применениями

• Автор: Ханадеев, Виталий Андреевич
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Введение

Г лава 1. Обзор литературы и постановка задач исследования

1.1. Методы получения металлических нанооболочек

1.1.1. Золотые нанооболочки на ядрах из двуокиси кремния

1.1.2. Другие виды нанооболочек

1.2. Оптические свойства металлических нанооболочек

1.2.1. Зависимость оптических свойств нанооболочек от размера

и структуры
1.2.2. Зависимость оптических свойств нанооболочек от шероховатости поверхности и показателя преломления окружающей среды

1.2.3. Коллективные оптические свойства золотых нанооболочек

1.2.4. Методы компьютерного моделирования оптических свойств золотых нанооболочек

1.3. Использование нанооболочек в нанобиотехнологии
1.3.1. Визуализация и контрастирование
1.3.2. Фототермическая терапия
1.3.3. Комбинационное (римановское) рассеяние света
1.4. Постановка задач исследования
Глава 2. Определение размера, концентрации и показателя преломления
наночастиц оксида кремния методом спектротурбидиметрии
2.1. Теория
2.2. Экспериментальное определение размера, концентрации
и показателя преломления наночастиц оксида кремния
2.2.1. Материалы и методы
2.2.2. Результаты и обсуждение
2.3. Заключение и выводы по главе
Глава 3. Теоретическое и экспериментальное исследование оптических
свойств монослоев наночастиц с плазмонным резонансом
3.1. Теория

3.1.1. Модели и метод расчета
3.1.2. Монослой на диэлектрической подложке
3.1.3. Результаты расчетов
3.1.4. Элементарная теория подавления дипольной полосы
в спектре монослоя
3.2. Эксперимент
3.2.1. Материалы и методы
3.2.2. Результаты и обсуждение
3.3. Заключение и выводы по Главе
Глава 4. Количественный биоимиджинг клеток с использованием
резонансного рассеяния света конъюгатами золотых
нанооболочек
4.1. Материалы и методы
4.1.1. Синтез нанооболочек и конъюгатов с антителами
4.1.2. Клеточные культуры, получение фаговых антител
и протокол биоспецифического мечения клеток
4.2 Исследование мечения клеток конъюгатоми ЗН методами
дот-анализа и темнополевой микроскопии
4.2.1. Контроль качества конъюгатов методом дот-анализа
4.2.2. Темнопольная микроскопия
4.2.3. Алгоритм обработки изображений
4.3. Заключение и выводы по Главе
Заключение и выводы по диссертации
Список литературы

Введение
Металлические плазмонно-резонансные наночастицы широко исследуются и применяются в таких областях современной науки, как нанобиотехнология, биофотоника и плазмоника [1]. Применение золотых и серебряных наночастиц [2, 3] для различных целей, включая геномику [4] и биосенсорику [5], визуализацию [6] и фототермолиз [7] раковых клеток, направленную доставку лекарственных средств [8], основано на комбинации молекулярного биологического «узнавания» (избирательного соединения «молекулы-зонда» с «молекулой-мишенью») и уникальных оптических свойств металлических частиц при возбуждении локализованных плазмонных резонансов (ПР) [9] металлических наночастиц или кластеров [10] в видимой и ближней инфракрасной (ИК) области спектра.
Для большинства приложений важна настройка максимума в спектре рассеяния или поглощения наночастиц на определенную длину волны (например, ближнюю ИК-область), которая соответствует наибольшей проницаемости света сквозь биоткани [11]. Спектральную настройку ПР и изменение соотношения между сечениями поглощения и рассеяния металлических наночастиц можно осуществить за счет изменения размера, формы, структуры и типа металла [1, 12, 13]. До недавнего времени в большинстве работ использовались преимущественно коллоидные золотые частицы примерно сферической формы [3, 14]. Появившиеся за последние 10-15 лет технологии синтеза наночастиц различной формы и структуры [15, 16], включая золотые наностержни [17-19], нанооболочки [20, 21], нанокубы [22] и «наноклетки» [23], предоставили исследователям возможность выбора наночастиц, наиболее подходящих для конкретного применения.
Для успешных in vivo применений золотых наночастиц в биофизике и биомедицине, включая визуализацию и фототермолиз раковых клеток, необходимо сочетание многих факторов. С медицинской точки зрения принципиальной является проблема биораспределения и биотоксичности

начала наших исследований мы не обнаружили дополнительных экспериментальных данных (кроме упоминавшихся работ [28, 142]) и строгих количественных расчетов, объясняющих коллективные оптические свойства двумерных массивов двухслойных частиц с дипольным и квадрупольным резонансами. В работе [150] исследовались спектры разреженного слоя нанооболочек на оптической волноводной структуре, состоящей из тонкого диэлектрического слоя на золотой 2-мкм подложке. Теоретический анализ работы [144] основан на электростатическом приближении для двухслойных частиц. С другой стороны, качественное объяснение спектров в работе [28] на основе соображений симметрии нельзя признать удовлетворительным.
1.2.4. Методы компьютерного моделирования оптических свойств золотых нанооболочек
Для компьютерного моделирования оптических свойств золотых нанооболочек обычно используют несколько методов. Для частиц сферической формы используется теория Ми [118], для фигур вращения используют метод Т-матриц [151], а для частиц произвольной формы - метод дискретных диполей (discrete dipole approximation, DDA) [152].
Рэлеевское приближение и теория Ми
Оптические свойства частиц, размеры которых значительно меньше длины волны света, достаточно точно описываются дипольным релеевским приближением [116, 153]. Однако, это приближение имеет существенные ограничения и не может объяснить множество эффектов, например, эффект зависимости длины волны плазмонного резонанса от размера частиц. Основополагающей точно решаемой задачей в теории поглощения и рассеяния малыми частицами является задача о шаре с произвольным радиусом и показателем преломления. В 1908 году Густав Ми разработал теорию, которая смогла объяснить окраску коллоидных растворов,