Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Сутність явища ППР умови його спостереження

Поверхневі плазмони - це хвилі електричного заряду змінної густини, які можуть виникати і поширюватися в електронній плазмі металу уздовж його поверхні або вздовж тонкої металевої плівки.

Виявилося, що за певних умов поверхневі плазмони можуть збуджуватися під впливом поляризованого світла. У 1968 р. це було продемонстровано. Схема спостереження ППР, яку стали називати за прізвищем автора "геометрією Кречмана", показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема оптичного спостереження явища ППР: 1 – прозоре середовище з високим показником заломлення; 2 - тонка металева плівка; 3 - затухаюча електромагнітна хвиля;

4 - досліджувана рідина.

 

Світло проходить крізь оптично прозоре середовище 1 з відносно великим показником заломлення, наприклад, крізь призму зі скла і падає під певним кутом на тонку металеву плівку 2, нанесену на поверхню скла. Кут падіння повинен бути більше кута повного внутрішнього відбиття. Частина світла проникає в метал і поширюється в ньому у вигляді швидко затухаючої електромагнітної хвилі 3. Остання збуджує коливання вільних електронів металу - т.зв. "Електронної плазми". І в цій плазмі можуть виникати колективні коливальні рухи електронів, які прийнято описувати як квазічастинки - т.зв. "Поверхневі плазмони". Збудження стає особливо ефективними при умовах, якщо:

1.світло поляризоване;

2. поляризація його така, що електричний вектор електромагнітної хвилі лежить в площині падіння, а магнітний вектор паралельний поверхні металу;

3. проекція хвильового вектора фотонів світла на площину плівки дорівнює хвильовому вектору поверхневих плазмонів.

Коли ці умови виконані, то значна частина енергії світла перетворюється в енергію плазмонів, через що інтенсивність відбитого від поверхні металевої плівки світла різкопадає. Це явище і називають "поверхневий плазмонний резонанс".
Якщо металева плівка 2 досить тонка (<200 нм), то значна частина затухаючої в металі електромагнітної хвилі досягає протилежної поверхні металу. І тоді ППР стає чутливим до властивостей того середовища 4, яка контактує з металом з іншого боку плівки. Від електричної поляризації цього середовища, зокрема від її діелектричної постійної (яка в діелектриків дорівнює квадрату показника заломлення світла), залежить положення мінімуму кривої ППР. Умова рівності хвильових векторів записується у вигляді



де –довжина хвилі світла; -показник заломлення середовища, на поверхні якої знаходиться металева плівка (зазвичай скла); -кут падіння світла на металеву плівку; -хвильовий вектор поверхневих плазмонів металевої плівки; -модуль комплексної діелектричної проникності металу; -показник заломлення середовища, яка знаходиться на протилежній стороні металевої плівки.

1.2. Можливість застосування ППР для біохімічних аналізів
У 80-х роках ХХ ст. з'ясувалося, що ППР може стати і чутливим методом виявлення наявності навіть незначної кількості різних біологічних домішок. Для цього на зовнішній поверхні тонкої золотої плівки біохімічними методами висаджують ("іммобілізують") мономолекулярний шар "ліганду" або "рецептора" (рис. 2). Це шар органічних молекул, які вибірково взаємодіють з "аналітом" - тими молекулами (частками), концентрацію яких у розчині ми хочемо визначити.

Рис. 2. Схема спостереження зсуву кривої ППР при наявності аналіту: 1 - прозора середовище з високим показником заломлення; 2 - тонка металева плівка; 3 - чутливий шар ліганду; 4 - молекули (частинки) аналіту

 

Якщо в якості "рецептора" використовуються молекули або частинки біологічного походження, то ППР сенсори часто називають "ППР біосенсори", а чутливий шар - "біорецепторним" шаром. Розрізняють дві великі групи біорецепторних шарів: на основі ферментів і на основі антитіл. В останньому випадку ППР сенсори називають також "ППР імуносенсорами".

Коли молекули (частинки) аналіту приєднуються до молекул ліганду (рецептора), створюване останніми електричне поле на поверхні металу дещо змінюється, внаслідок чого резонансний мінімум ППР зміщується. Зрушення це тим більше, чим більше молекул (часток) аналіту приєдналося до біочутливого шару ліганду. А це залежить від концентрації аналіту в досліджуваному розчині і від кінетики процесів біохімічної взаємодії аналіту з лігандом.

Перед такими чутливими ППР біосенсорами відкрилася широка область застосувань. Це - і наукові дослідження в області біохімії, і виявлення небезпечних забруднень, отруйних і хімічно шкідливих домішок у питній воді, і контроль концентрації різних інгредієнтів в молоці, пиві, вині, інших напоях, в бензині і моторних маслах і т.п. З'явилася можливість швидкого виявлення шкідливих вірусів, бактерій, біохімічних речовин в рідинах, в тому числі і в польових умовах, а також можливість створення багатьох нових тонких методів наукових досліджень.

За допомогою, наприклад, сенсора Biacore 3000 можна вивчати як малі молекули, починаючи від молекулярної маси 180 а.о.м., так і великі клітини, бактерії, антитіла, і знаходити відповіді на такі, наприклад, питання, як:

• наскільки специфічним є зв'язок між молекулами (клітинами) двох даних видів?

• з якою швидкістю відбувається їх зв'язування?

• наскільки сильною є їх зв'язок?

• за яких умов можна її розірвати?

• як впливають температура, кислотність, концентрація, вид розчинника або третя речовина (фермент, каталізатор, антитіло) на хід реакцій їх зв'язування?

Такі сенсори широко використовуються для дослідженьфункцій окремих білків та інших біохімічних речовин, молекулярного розпізнавання, для досліджень і аналізів в областях імунології, онкології, вірусології, інфекційних захворювань, біотехнології та ін.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-11

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...