Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Εφαρμογές Laser στη βιολογία -Βιοαισθητήρες Ευαγγελία Σαραντοπούλου Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών Ινστιτούτο Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Εφαρμογές Laser στη βιολογία -Βιοαισθητήρες Ευαγγελία Σαραντοπούλου Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών Ινστιτούτο Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Εφαρμογές Laser στη βιολογία -Βιοαισθητήρες Ευαγγελία Σαραντοπούλου Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών Ινστιτούτο Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας

2 Οργάνωση παρουσίασης Ορισμός & Αρχή λειτουργίας βιοαισθητήρα Aπαιτήσεις βιοαισθητήρα Βιοσυστοιχίες Σχεδιασμός πρωτεϊνικής μικροσυστοιχίας Υπόστρωμα Εγγραφή δομών Κατασκευή βιοσυστοιχιών με υπεριώδη ακτινοβολία λέιζερ Περίθλαση Απλή σχισμή-Διπλή σχισμή Διακριτική ικανότητα

3 Ορισμός Οι βιοαισθητήρες είναι αναλυτικές συσκευές οι οποίες χρησιμοποιούν βιολογικές αλληλοεπιδράσεις για να παρέχουν πληροφορίες ποιοτικές ή ποσοτικές.

4 Αρχή λειτουργίας βιοαισθητήρα Δείγμα (analyte) Biοανυχνευτής (Bioreceptor) Μετατροπέας (Tranducer) Σήμα (Signal) Φως, ρεύμα Μετατροπέας σήματος ένζυμα αντισώματα Μετατρέπει το σήμα που προκύπτει από την αλληλοεπίδραση του δείγματος με τον βιοκαταλλυτη σε σήμα μετρήσιμο και ποσοτικοποιήσιμο CCD camera

5 Δείγμα Μετατροπέας (Tranducer) Μετατροπέας σήματος Biοανυχνευτής (Bioreceptor) Δείγμα (analyte)

6 Απαιτήσεις Δείγμα Bioκαταλύτης (Bioreceptor) Μετατροπέας (Tranducer) Σήμα (Signal) ρεύμα, χρώμα Μετατροπέας σήματος Επιλεξιμότητα Σταθερότητα Χαμηλό όριο ανίχνευσης Επαναληψημότητα Ταχύτητα απόκρισης Ευαισθησία Επαναληψημότητα Σταθερότητα Να μην επηρεάζεται από ηλεκτρικές ή περιβαλλοντικές παρεμβάσεις Χαμηλό κόστος Δείγμα (analyte)

7 Προτοτυποποιημένο, προπαρακευασμένο υπόβαθρο σε πολλαπλή διευθέτηση για παράλληλη ανίχνευση και επεξεργασία πολλών δειγμάτων ( πιστοποίηση της ύπαρξης εκατοντάδων πρωτεϊνών ή γονιδίων ταυτόχρονα) Βιοσυστοιχία-bioarray

8  Υπόστρωμα : πλαστικό, γυαλί, SiO 2, Au Σχεδιασμός βιοσυστοιχίας Πλακίδιο πολυστυρενίου (Z max 3 nm) Πλακίδιο πολυστυρενίου επιστρωμένο με πρωτεΐνη BSA Bovine serum albumin (Z max 10 nm)

9 Εγγραφή δομών  Εγγραφή δομών στην επιφάνεια : Ink-jet printing ~200μm Εκτύπωση επαφής (Contact printing) ~200μm Μικρολιθογραφία : μάσκες, δομές ~20μm Μηχανική Εγχάραξη- ρομποτικά συστήματα Πυκνότητες – spots per cm 2. Με τις μικροσυστοιχίες είναι πλέον δυνατό να μειωθεί ο όγκος ανά αντίδραση σε λίγα δισεκατομμυριοστά ενός λίτρου του διαλύματος Ανάγνωση με πολύπλοκα ρομποτικά συστήματα (laser scanners) Στόχος : αύξηση της πυκνότητας εγγραφής δομών Λέιζερ (248 nm, 193 nm, 157 nm)

10 κατασκευή βιοσυστοιχιών με υπεριώδη ακτινοβολία λέιζερ Η ικανότητα ενός συστήματος να προβάλει ευκρινώς την εικόνα μιας μικρής δομής (OO’) σε ένα υπόστρωμα (W) εξαρτάται από το μήκος κύματος το οποίο χρησιμοποιείται : S W S ελάχιστη (κρίσιμη) διάσταση Σύγχρονα συστήματα λιθογραφίας χρησιμοποιούν μήκη κύματος στο βαθύ υπεριώδες (193 nm) τα οποία επιτρέπουν ελάχιστη διάσταση 90 nm (dry lithography) και 40 nm (water immersion) Resolution limited by diffraction

11 157 nm Εντοπισμένα θερμικά φαινόμενα Εκτεταμένα θερμικά φαινόμενα

12 Ενεργοποίηση της επιφάνειας Απόδοση στην ανίχνευση  Ισχυρός δεσμός πρωτεΐνης –υποστρώματος Φως-ακτινοβολία λέιζερ : διασπά δεσμούς υποστρώματος  τροποποίηση της επιφάνειας με ταυτόχρονη εγγραφή δομών  Κόκκινο (streptavidin )  Μπλε (anti-mouse IgG antibody )  Πράσινο (anti-rabbit IgG antibody )

13 Συμβολή Δύο σχισμές Young Οι πηγές να είναι μονοχρωματικές Οι πηγές να είναι σύμφωνες (να έχουν σταθερή διαφορά φάσης) Ενισχυτική συμβολή Καταστροφική συμβολή d sinθ=m * λ, m=0,±1, ±2 d sinθ=(m+1/2) * λ, m=0,±1, ±2 Μη ομοιόμορφη κατανομή της φωτεινής ενέργειας στο χώρο → δημιουργία κροσσών συμβολής

14 y1(t)=Acos(ωt-kr1+φ1) y2(t)=Acos(ωt-kr2+φ2) Το πλάτος Α είναι σταθερό και για τις 2 πηγές Το συνιστάμενο κύμα στο Ρ είναι, y(t)=y1(t)+y2(t) =Acos(ωt-kr1+φ1)+Acos(ωt-kr2+φ2) = 2Acos(ωt – kr+ φ) cos (k (r2-r1)/2 +δ)= όπου r=(r1+r2)/2, φ=(φ1+φ2)/2, δ=(φ1-φ2)/2. Από σχήμα βλέπουμε ότι η διαφορά δρόμου (r2-r1)≈dsinθ, άρα y(t)=Â cos(ωt-kr+φ) Όπου Â= 2 Α cos ( k dsinθ/2 +δ) Αν δ=(φ1-φ2)/2=0, οπότε μπορούμε να βρούμε πιο εύκολα τα μέγιστα και ελάχιστα του πλάτους του συνιστάμενου οδεύοντος κύματος. Â= 2 Α cos ( k dsinθ/2)= 2Α όταν kdsinθ/2=m π 0 όταν kdsinθ/2=(m+1/2) π

15 Ένταση Η ένταση ενός κύματος είναι ανάλογη του τετραγώνου του πλάτους, οπότε: Ι=4 Ι 0 cos 2 a όπου a=(π*d/λ) sinθ Ι είναι η συνισταμένη ένταση στο σημείο Ρ, ενώ Ι 0 είναι η ένταση στο σημείο Ρ εξαιτίας μόνο της μιας πηγής. Για να έχουμε ενισχυτική συμβολή πρέπει a=nπ οπότε η ένταση είναι Για να έχουμε αποσβεστική συμβολή πρέπει οπότε η ένταση είναι μηδέν. Ενισχυτική συμβολή I=2 2 I 0. Αποσβεστική συμβολή I=0.

16 Περίθλαση Διαστάσεις οπών της ίδιας τάξης μεγέθους προς το μήκος κύματος → Το φαινόμενο της περίθλασης Μη ευθύγραμμη διάδοση του φωτός όταν προσπίπτει στα όρια των εμποδίων. Σύμφωνα με τη αρχή του Huygens, όταν ένα κύμα συναντήσει μια σχισμή όλα τα σημεία της σχισμής δρουν σαν δευτερογενείς πηγές κυμάτων. Oπότε μπορούμε να μελετήσουμε την περίθλαση από μια σχισμή σαν συμβολή κυμάτων που προέρχονται από άπειρες όμοιες πηγές. ελάχιστα Περίθλαση Fraunhofer σε απλή σχισμή: Οι ακτίνες που προσπίπτουν καθώς και οι ακτίνες που φτάνουν στο σημείο παρατήρησης είναι σχεδόν παράλληλες Εάν δεν εμφανίζεται περίθλαση

17 Περίθλαση σε διπλή σχισμή Διπλή σχισμή ένταση Ι μετά τη σχισμή θα δίνεται από τη σχέση: Υπάρχουν μέγιστα και ελάχιστα που είναι συνδυασμός του παράγοντα περίθλασης και του παράγοντα συμβολής. α d /Diffraction%20and%20Spatial%20Filtering/double_slit1.htm

18 Εύρος σχισμών μεταβάλλεται, η απόσταση μεταξύ τους είναι σταθερή. Στενές σχισμές →pattern περίθλασης είναι ευρύτερο Το εύρος των σχισμών (1000nm) είναι σταθερό και η απόσταση μεταξύ τους μεταβάλλεται ( nm). Η πυκνότητα των κροσσών αυξάνεται ανάλογα με την απόσταση των σχισμών Περίθλαση Fraunhofer από μία σχισμή της οποίας μεταβάλλεται το εύρος ( nm) Το μήκος κύματος είναι 600nm

19 Διακριτική ικανότητα Ποια είναι η ελάχιστή γωνία (όριο διάκρισης) που θα πρέπει να σχηματίζουν δύο πηγές με κορυφή την σχισμή ώστε τα είδωλά τους να διακρίνονται ? (κριτήριο Rayleigh.) Κριτήριο του Rayleigh. Η γωνιακή απόσταση κέντρων δύο κύριων φωτεινών κυκλικών κροσσών >ή = της γωνιακής απόστασης του πρώτου σκοτεινού κροσσού. θ>=1.22 λ/D ή όταν το μέγιστο του ενός πέφτει επάνω στο πρώτο ελάχιστο του άλλου

20 Φράγμα περίθλασης –Diffraction grating Η έκφραση της έντασης για ένα σημείο Ρ θα συνδυάζει έναν όρο περίθλασης για κάθε σχισμή – πηγή εύρους α και ένα όρο συμβολής από Ν πηγές – σχισμές που απέχουν διαδοχικά απόσταση d:


Κατέβασμα ppt "Εφαρμογές Laser στη βιολογία -Βιοαισθητήρες Ευαγγελία Σαραντοπούλου Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών Ινστιτούτο Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google