ИК лазерная инактивация клеток и фотоповреждение биотканей, сенсибилизированных плазмонно-резонансными золотыми наночастицами и красителями

• Автор: Акчурин, Георгий Гарифович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Исследование ИК лазерного фототермолиза клеток и биотканей на

основе золотых плазмоннорезонансных наночастиц

Введение.
1.1. Управляемый нагрев коллоидного раствора золотых плазмоннорезонансных наночастиц паноболочек, наностержней с помощью непрерывного ИК лазерного
излучения
1.1.1 Пространственное распределение поглощенного лазерного излучения в объемной среде золотых плазмоннорезонансных наночастиц
1.1.2. Расчет пространственного распределения температурных полей коллоидного раствора золотых наночастиц
1.1.3. Экспериментальные исследования ИК лазерного нагрева коллоидного раствора золотых плазмоннорезонансных наночастиц
1.1.4. Динамика лазерного нагрева коллоидного раствора плазмоннорезонансных нанооболочек при воздействии непрерывного ИК лазерного
излучения
1.1.5. Динамика лазерного нагрева коллоидного раствора плазмоннорезонансных наностержней при воздействии непрерывного ИК лазерного
излучения
1.2. Особенности ИК импульсного лазерного нагрева коллоидного раствора
золотых плазмоннорезонансных наночастиц.
1.2.1. Сравнение непрерывного и импульсного лазерного ИК нагрева плазмоннорезонансных наночастиц.
1.3. Дефрагментация плазмоннорезонансных ианооболочек при воздействии наносекундных и фемтосекундных ИК лазерных импульсов.
1.4. Экспериментальное исследование ИК резонансной лазерной гипертермии биотканей лабораторных животных на основе технологии золотых наночастиц.
1.5. Оптический метод определения функциональной активности тромбоцитов крови и влияние золотых наночастиц различного размера на скорость агрегации
тромбоцитов.
ГЛАВА 2. Детектирование золотых плазмоннорезонансных наночасгиц для
технологии лазерного фототермолиза
Введение
2.1. Визуализация и детектирование плазмоннорезонансных золотых наночастиц в фантомах и биотканях с помощью оптического низкокогерентиого томографа ОСТ.
2.1.1. Возможность определения концентрации наночастиц
2.1.2.Проблемы визуализации объемных структур с помощью пизкокотерентного оптического томографа численное моделирование и эксперимент
2.2. Детектирование плазмоннорезонансных золотых наночастиц в фантомах и биотканях с помощью лазерного конфокального томографа.
2.2.1. Диффузия золотых нанооболочек в кожу человека i viv
2.3. УФ резонансный абсорбционный метод определения концентрации золотых наночастиц в биотканях
2.3.1.Распределение золотых наночастиц по органам и тканям, зависимость от
размерности.
ГЛАВА 3. Резонансный лазерный фототермолиз биотканей при использовании ИК
фотосснсибилизаторов.
Введение.
3.1. Непрерывная и импульсная ИК лазерная гипертермия фантомов и биотканей на основе фотосснсибилизатора Индоцианина зеленого I
3.1.1. Спектральные концентрационные зависимости фотосснсибилизатора Индоцианина зеленого I.
3.1.2. ИК лазерный резонансный нагрев водного раствора фотосснсибилизатора Индоцианина зеленого I.
3.1.3. Особенности пространственной динамика ИК лазерного фотонагрева раствора фотосенсибилизатора Индоцианина зеленого I
3.1.4. ИК резонансный лазерный фототермолиз биотканей кожи и мышц лабораторных животных i viv на основе технологии фотосснсибилизатора Индоцианина зеленого
3.2. Особенности ИК лазерного фототермолиза при резонансном взаимодействии ИК излучения с фотосенсибилизаторами и золотыми плазмонпорезонансными наночастицами.
3.3. Неинвазивный метод контроля функциональной гибели клеток при лазерном
фототермолизе.
Глава 4. Лазерная фототсрмическая и фотодинамическая инактивация
нейронов
Введение
4.1. Метод исследования фотодинамической и фототермической инактивации нейронов при внеклеточном возбуждении потенциалов действия
4.2. Нелинейнодинамический отклик аксонов, возбуждаемых регулярной последовательностью электрических импульсов x viv.
4.3. Экспериментальные исследования ИК фототермической и фотодинамической инактивации аксонов соматическог о нерва лягушки
4.4. Численное моделирование процессов инактивации плазматической мембраны
аксона при фотодинамическом и фототермическом воздействии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованных источников


Установлены диапазоны допустимых концентраций наночастиц и фотосснсибилизаторов для достижения заданного уровня температуры и глубины поражения биотканей от уровня лазерного воздействия и режимов облучения непрерывный, импульсный, средняя мощность, длительность импульса, скважность. Апробация ИК лазерного фототермолиза спонтанных раковых опухолей мелких животных собаки, кошки показала эффективность лазерной гипертермии на основе технологии золотых плазмоннорезонансных наночастиц и фотосснсибилизаторов. Проведеные эксперименты по импульсному лазерному фототермолизу спонтанных раковых опухолей при локальном введении золотых плазмоннорезонансных нанооболочек мелким животным и последующем облучении позволили выработать необходим ые уровни лазерного излучения и эффективные режимы работы лазера для минимального повреждения нормальных клеток. Апробированная технология субклеточного комбинационного рассеяния должна позволить неипвазивно определять степень функционального необратимого разрушения клеток, например, крови при гипертермии. Обнаруженный размерный эффект влияния золотых наночастиц на функциональную активность тромбоцитов крови может быть использован в гематологии для управления процессами свертываемости крови. Предложено использовать коллоидный раствор золотых плазмоннорсзонансных панооболочек для тестирования ОСТ. Исследование динамического отклика нейронов при возбуждении соматического нерва лягушки с помощью последовательности электрических импульсов позволило обнаружить нелинейные свойства нейронов, проявляющихся в хаотической последовательности потенциалов действия при регулярном внешнем возбуждении, что принципиально важно для понимания функционирования живых динамических систем в нейрофизиологии, кардиологии. Установленные механизмы инактивации клеток при фото динамическом и фототермическом лазерном воздействии позволяет выработать стратегию фотооблучения и соответствующие уровни оптической энергии, а также оценивать эффективность различных фотосенсибилизаторов. Достоверность полученных результатов обусловлена использованием в экспериментах стандартной измерительной аппаратуры, подтверждается воспроизводимостью экспериментальных данных, а численные расчеты основаны на общепринятых моделях. Управляемый ИК лазерный фототермолиз клеток и биотканей на основе золотых плазмоннорсзонансных нанооболочек и наностержней при
концентрации наночастиц в объеме, равной см , оптимальном режиме облучения непрерывный или импульсный, средняя плотность лазерной мощности Втсм2 и бесконтактном контроле температурных полей с помощью тепловизора. Реализован неинвазивный оптический метод контроля функциональной инактивации клеток крови при субклеточном лазерном фототермолизс на основе анализа комбинационного рассеяния, измеренного с помощью конфокального микроскопа. ИК лазерное облучение золотых плазмоннорезонансных нанооболочек и стержней дискретная поглощающая и рассеивающая среда и фотосенсибилизаторов краситель индоцианин зеленый непрерывная поглощающая среда при одинаковом уровне вводимой непрерывной лазерной энергии и соответствующем выборе концентрации позволяет реализовать соизмеримую эффективность разрушения фангомов и биотканей, однако при облучении последовательностью лазерных импульсов с длительностью менее миллисекунды и скважностью более двух, средняя температура фантомов и биотканей с золотыми наночастицами оказывается холоднее на десятки градусов в отличие от нагрева окрашенных сред. Установлены допустимые уровни плотности лазерной энергии одиночных лазерных импульсов Е0 мДжсм2 при длительности 4 наносекунды и 6 Джсм2 при длительности фемтосекунд, вызывающие дефрагментацию золотых плазмоннорезонансных нанооболочек. Однозначное детектирование и определение пространст венной неоднородности концентрации золотых плазмоннорезонансных ианооболочек и наностержней в объемных фантомах и биотканях с помощью ИК низкокогерентного томографа возможно, если в объем когерентности V, определяемой произведением длины продольной когерентности излучателя и диаметром фокального пятна зондирующего пучка попадает не более одной наночастицы. Изменением концентрации золотых наночастиц возможно создание фантомов с управляемым коэффициентом обратного отражения от объемных сред для тестирования ОСТ.