Исследование биоспецифической агрегации микро- и наночастиц с помощью светорассеяния

• Автор: Некрасов, Вячеслав Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Оптические методы исследования процесса агрегации
1.2. Агрегация
1.2.1. Случаи точного решения уравнения Смолуховского
1.2.2. Приближенные и асимптотические методы решения уравнения Смолуховского
1.2.3. Влияние физических факторов на скорость биоспецифической агрегации
1.2.4. Методы определения концентрации антител по результатам оптических измерений39 Глава 2. Модернизация сканирующего проточного цитометра
2.1. Оптическая система регистрации флуоресценции
2.2. Поляризационные измерения на сканирующем проточном цитометре
Глава 3. Исследование динамики агрегации частиц
3.1. Развитие кинетической теории агрегации
3.1.1. Влияние функции распределения частиц по количеству поверхностных рецепторов на динамику агрегации
3.1.2. Замедление скорости агрегации, обусловленное конечной шириной функции распределения частиц
3.1.3. Аналитическое выражение для динамики димеров частиц в случае гауссового вида распределения
3.1.4. Квазилинейная зависимость относительной доли агрегатов от времени
3.1.5. Учет дискретности количества рецепторов для частиц нанометровых размеров
3.1.6. Агрегация микроорганизмов в процессе роста: сохранение канонического вида биокинетических уравнений при учете распределения по скорости роста и возрасту
3.2. Экспериментальное исследование реакции агрегации
3.2.1. Дисперсия относительной доли агрегатов :
3.2.2. Биоспецифическая агрегация латексных микросфер
3.2.3. Агрегация тромбоцитов
3.2.4. Латексно-усиленная турбидиметрия
Выводы
Литература

Введение
Дисперсные системы широко распространены в природе. Существует два принципиально разных подхода при исследовании дисперсных систем: исследование системы как целого, и изучение отдельных ее составляющих. При проведении исследований дисперсионной системы как целого, интерпретация результатов зависит от степени гетерогенности системы, которая зачастую заранее не известна. Исследование же отдельных составляющих частей системы от степени гетерогенности не зависит и дает наиболее полную и детальную информацию о системе.
Изучение особенностей кинетических процессов, связанных с биологическими объектами, биохимических реакций, молекулярной динамики элементарных процессов - это краткий список вопросов, которыми занимается наука биокинетика. Как правило, биологические процессы очень сложные, на их протекание влияет множество различных факторов. Зачастую, чтобы упростить описание системы, многие исследователи полагают, что изучаемая система состоит из элементов с одинаковыми свойствами. Неоднородность (гетерогенность) элементов популяции по биологическим и физико-химическим свойствам учитывается редко. Однако известно, что биологические системы характеризуются существенной неоднородностью, и для исследования биологической системы важно учитывать распределения частиц (составляющих систему) по параметрам (например, количество рецепторов на поверхности клеток, размер частиц и пр.). В ходе реакции в биологической системе параметры частиц (клеток) меняются, что проявляется в изменении соответствующей функции распределения.
В последние годы с разработкой новых методов появляется все больше экспериментальных работ, посвященных исследованию биоспецифической агрегации частиц как микро-, так и нанометрового диапазона размеров. При этом наиболее распространенными экспериментальными методиками по исследованию агрегации частиц являются оптические. Среди этих оптических методов выделяется проточная цитометрия, так как позволяет с большой скоростью

измерять одиночные частицы исследуемой популяции, достигая высокой статистической точности и информативности без априорных предположений о функции распределения частиц по параметрам. Однако, для количественных кинетических исследований биоспецифической агрегации частиц в сильно неоднородных средах, эти методы не были достаточно развиты, либо - не применялись. Актуальность данной работы таким образом определяется как методами, так и объектами исследования.
С одной стороны, существует проблема повышения информативности измерения одиночных частиц за короткое время в целях накопления достаточной статистики в кинетических измерениях процессов биоспецифической агрегации, что решается в данной работе развитием перспективной инструментальнометодической базы, основанной на технологии сканирующей проточной цитометрии, и с измерением динамики функций распределений. Важность исследований обоснована фундаментальной ролью данных процессов в нормальной жизнедеятельности биологического организма.
С другой стороны, существует проблема корректного определения количественных параметров динамики биоспецифической агрегации в среде с неоднородным распределением связывающих центров. Эта проблема решается в данной работе развитием нового метода обработки динамики функций распределения частиц по измеряемым параметрам.
Целью данной диссертационной работы является исследование агрегации частиц микронных и нанометровых размеров с помощью светорассеяния. Проведенная работа развивает потенциал технологии сканирующей проточной цитометрии для кинетических исследований в биологических дисперсных системах.
В работе
1. Продемонстрировано использование сканирующего проточного цитометра для регистрации биологических частиц (хламидомонада). Экспериментально показано, что поляризационный сигнал позволяет улучшить возможности их классификации.

практикой в биологических/медицинских приложениях, в силу того, что использование латексных микросфер позволяет серьезно увеличить чувствительность по концентрации исследуемых антител [50, 51, 52].
В силу упрощающего предположения о том, что первая стадия осаждения антител на латексные микросферы является значительно более быстрой по сравнению с характерным временем агрегации, вопрос об определении концентрации антител переносится в область изучения зависимости скорости агрегации от концентрации антител. Один из важнейших параметров, влияющих на суммарную скорость протекания реакции - это соотношение между так называемой реакционной и диффузионной константой скорости. В силу того, что реакция между частицами происходит только в момент их непосредственного столкновения, понятно, что диффузионный процесс взаимного поиска двух агрегатов может существенно влиять на суммарную скорость протекания реакции агрегации. Различают два предельных случая протекания реакции -диффузионный (DLCA - diffusion limited cluster aggregation) и кинетический (RLCA - reaction limited cluster aggregation). Такое разделение обычно применяют для реакций частица-частица, для которых характерен потенциальный барьер, который необходимо преодолеть для образования агрегата большего размера. Изменяя высоту потенциального барьера (например, изменяя параметры буфера, в котором происходит реакция), можно перевести реакцию в один из предельных случаев, RLCA или DLCA. Изучению свойств образующихся агрегатов в обоих предельных случаях посвящено множество теоретических [53], численных [54] и экспериментальных работ по исследованию фрактальной размерности [42, 44, 55], автомодельных функций [12, 15], гидродинамических радиусов агрегатов [56, 57]. Также есть работы, изучающие эти параметры агрегатов для промежуточного случая, когда нельзя выделить лимитирующую стадию [45]. Иногда изучают свойства агрегатов в более сложных экспериментальных случаях, например в ламинарных и турбулентных потоках [58], или при агрегации в двумерном случае [46]. Аналогичные исследования проводятся также и для биоспецефической агрегации, например для агрегатов тромбоцитов [ 59 ], липосом, покрытых