Меншікті люминесценция болмайтын
көптеген қосылыстар тиісті химиялық
өңдеуден кейін люминесценциялана бастайды.
Осындай жолмен биологиялық материалдардағы
С, Д, В12 жәнет.б. дәрумендерді, наркотиктерді,
морфин, героинді анықтауға болады. Екіншілік
люминесценцияны әр түрлі аурулардың
диагностикасында қолданады.
Биологиялық мембрананың құрылымы мен
белоктардың макромолекулаларының құрылымдық
жүйесін зерттеуде флюоросценттік сорғылар
қолданылады. Мұндай сорғылар ретінде
люминесценттік параметрлері сыртқы орта
жағдайына байланысты өзгеретін (полярлығы,
заряды т.б.) заттарды алады.
Сорғылар 3 типті болады:
Зарядталған (мысалы, 1-анилинонафталин-8-сульфонат,
2-толуидиононафталин-6-сульфонат)
Зарядталмаған, бірақ біршама
дипольдік моментке ие (4-диметилламинохалкон,
3-метоксибензатрон)
Зарядталмаған және дипольдік
моментке ие емес (перилен, метилатрацен,
пирен, ретинол)
Флюоросцентті
сорғылар ретінде суда флюоросценцияланбайтын,
ал биологиялық мембрана немесе
белок байланыстарында люминесценттік
жиілігі 10 есе артатын молекулаларды қолданады.
Осы сорғылар көмегімен биологиялық мембрананың
көмірсутектік тұтқырлығы анықталады
(мысалы, жасунықты түтіктердің сыртқы
сегменттерінің тұтқырлығы 1пз,ол зәйтүн
майының тұтқырлығына сәйкес келеді).
Сорғылар көмегімен молекулалық компоненттерінің
орналасуын, белоктар мен биологиялық
мембрананың конформациондық қайта құруын,
фазалық өзгерістерін зерттейді. Нуклеин
қышқылдарының құрылымын зерттегенде
акридиндік тоқсары сорғыларды қолданады.
Мысалы, екі спиральді ДНК-ның максимум
люминесценция спектрінің жасыл аймағында
орналасады (530 нм), ал бір тізбекті ДНК
мен РНК қызыл аймаққа қарай ығысады (640
нм). ДНК-нв клеткада микрофлюорметриялық
әдіспен сорғы арқылы анализдейді.
Медициналық техникада кең
таралған, фото-, рентгено-, катодолюминесценцияға
қабілетті “люминофорлар” қолданылады.
Табиғатына қарай олар органикалық және
бейорганикалық болып бөлінеді. Бейорганикалық
люминофорлар люминесценттік шамдарда
қолданылады. Рентгендік экрандарды дайындауда
рентгенолюминесценцияға қабілетті цинккадмийсульфидті
люминофорларды қолданады. Органикалық
люминесценцияға флюоросценттік сорғылар
пайдаланады.
Атқаратын функциясына
және құрылыс жағынан қарағанда
жұмсақ биологиялық тіндердің
ішінде жүрек құлақшалары мен
қан тамырларының алатын орны
ерекше. Морфологиялық тұрғыдан
қарағанда қан тамырларын эластикалық,
аралас және бұлшық еттік ( тегіс
бұлшық ет ұлпалары басым болғандықтан
) болып үшке бөлінеді.
Үлкен артериялық тамырлардың қабырғалары
үш қабатты болады: 1- ішкі, 2 – орта және
3 – сыртқы қабаттар. Ішкі қабат құрамынан
эндотелий, астыңғы эндотелий және ішкі
эластикалық мембраналар кіреді. Тамырдың
ішкі бетін жауып тұрған эндотелиальді
жасушаның гемодинамикалық маңызы аса
зор: олардың бүтіндігінің бұзылуы тромбалардың
пайда болуына әкеп соқтырады. Астыңғы
эндотелий – жіңішке эластикалық және
коллагендік талшықтардан, байламдық
– ұлпалық жасушадан және негізгі заттан
тұрады. Ішкі эластикалық мембрана коллагендік
талшықтармен оралған эластиндік талшықтан
тұрады.
Ортаңғы қабат жиырылу бағыттары басқарылатын
көптеген эластикалық мембраналардың
құрылымынан тұрады. Тегіс бұлшық ет талшықтары
эластикалық мембранаға бекітілген.
Ішкі және сыртқы қабатқа жанасқан, көлденең
коллаген әсерінен бір құрылымда орналасқан
шеңбер бойымен коллагендік фибриллалардан
және тізбек бойымен бағытталған жуан
эластикалық талшықтардан тұратын сыртқы
эластикалық мембрана.
Веналардың құрылысы – артериялардың
құрылысына ұқсас. Бірақ веналар қабырғаларын
ішкі, ортаңғы және сыртқы қабаттарға
бөлу өте қиын, тіпті кейде бөлуге мүмкіншілік
болмайды. Артериялық тамырларға қарағанда
вена тамырларының ішінде қан қысымының
өзгеруі үлкен болады. Артерия тамырына
қарағанда вена тамырларыныңқабырғалары
жұқа және де эластикалық ұлпалары да
аз болады. вена тамырларының сыртқы қабаты
қалың және коллагендері көп болады. Мысалы,
венада коллаген эластиннен үш есе көп
болса, кеуде жасушасында екі есе көп болады.
Пульстік қысымның әсерінен қан тамырларының
қабырғаларына кезеңі өзгермелі жүктеме
әсер етеді. Қан тамырлар қабырғалары
сызықты – тұтқыр - серпімді болғандықтан,
қорытынды деформация фазасы бойынша
бұрышына кейін қалады. Ол бұрыштың мәні
зерттелінетін материалдық қасиетіне
байланысты болады. Осындай материалдар
үшін динамикалық модулі былай анықталады:
Eдин = E1 + E2
мұндағы: Е1 – серпімді модулі; E2 – шығын
модулі.
Динамикалық серпімділік модулі 1 – 2 Гц
жиілікте көп өзгеріске ұшырамайды. Ол
төменгі жиіліктер өседі. Кешігу бұрышы
аз, мөлшерімен 10% шамасында болады. Егер
жүрек соғысының жиілігі 2 Гц болса,
E2 / E1 < 0,123 болады.
Осы нәтиже сол ортада серпімді компоненттерге
қарағанда тұтқыр компоненттердің аз
болатынын көрсетеді. Егер қан қысымының
өзгерісі 20 – 120 мм. сынап бағанасы мөлшерінде
( 2,5 – 15,0 кПа ) болса, онда қан тамырлар
қабырғаларының тұтқыр – серпімді қасиеті
көрінеді. Ол қасиет гистерезис бұғалығына
ұқсайтын болады.
Люминесценттік талдау
Люминесценттік талдау. Люминесценция - сыртқы энергия көзінің
әсерінен кейбір дененің жарық шығаруы.
Люминесценция кезінде шыққан жарықтын
жиілігі оны қоздырушы жарық жиілігінен
өзгеше. Люминесценция құбылысын жарықтыңшашырауы,
шағылуы және денелердің термодинамикалық тепе-теңдік күйіндегі
жылулық сәуле шығаруы тәрізді құбылыстардан
ажырата білу керек. Қыздырғандағы жарық
шығарудан бұл бөлек, мұнда жылуды шығаратын
жүйе энергиясы пайдаланылмайды. Сондықтан
да оны "салқын жарық" деп те атайды.
Люминесценция электронқоздырылған
күйінен негізгі күйге ауысқанда пайда
болады. Люминесценциялаушы кез келген агрегат күйде болуы мүмкін.
Люминесценттік өлшеу әдістері химиялық
және биохимиялық реакциялардың жүруін,
кинетикалық зерттеулерді бақылау үшін,
заттарды, әсіресе, органикалық қосылыстарды
тазалау, құрамындағы қосалқы қосымшаларды
айқындау, оның тазалық дәрежесін анықтау
үшін жиі қолданылады. Әдістің ең жоғарғы
сезімталдығы заттың болмашы дәрежедегі
түрленуін де, аралық жоғары активті немесе
тұрақты емес өнімдердін түзілуін де белгілей
отырып, оны әр түрлі реакциялардың механизмін
зерттеу үшін қолдануға мүмкіндік береді.
Әдістің теориялық
негізі
Молекулалар қоздырылған
кезде қосымша энергияға (кинетикалық,
айналу, тербелу, электрондық және басқа
да) ие болып, қоздырылған күйге, яғни біршама
басқаша электрондық деңгейшеге (синглетті және триплетті)
ауысады. Әрбір электрондық деңгейге 0,
1, 2... сияқты кванттық саны бар тербелістік
деңгейшелер косылады. Электрон жарық
квантын сіңірген кезде негізгі деңгейден
синглетті (кері параллельді спиндер)
және триплетті (параллельді спиндер)
күйге сәйкес келетін жоғарылау деңгейге
ауысады. Негізгі синглеттен триплетті
күйге бірден немесе тура ауысуына болмайды,
өйткені оның энергиясы синглеттікінен
біршама аз, ал оның деңгейі интеркомбинациялық
конверсия (араласа жанасу) есебінен толықтырылады.
Мұндай ауысу 1-суретте V санымен белгіленген.
Қоздырылған молекулалардың басым көпшілігі
соқтығысу кезінде энергиясын жоғалту
нәтижесінде ең төменгі тербелмелі деңгейге
(II процесс) ауысуға ұмтылады. Бұл процесс сәуле шығарусыз
өтеді және осындай жағдайдағы молекулалар
қоздырылған синглеттік электрондық деңгейде
5 болады, одан олар әуелгі күйіне фотонның сәуле
шығаруымен болатын күйіне ауысады (флуоресценция
IV процесс). Олардың сәуле шығару алдында
триплетті деңгейге ауысуының ықтималдығы
аз (фосфоресценция, V, VI, VIII процесс). Ақырында
молекула негізгі денгейдің әйтеуір бір
тербелмелі күйінде болуы мүмкін. Бұл
ауысулардың бәрі спектрде жақын орналасқан
тиісті сызықтар арқылы сипатталады (флуоресценция және фосфоресценция).
Ерітінді қатынасқан тұста, ол сызықтардың
арасы тарылып, бір-бірімен бірігіп кетуі
мүмкін. Бұл ауысулардың басым көпшілігі
қоздырылу энергиясымен (І-процесс) салыстырғанда
энергияның аз шығынымен қосарласа жүреді.
Қалыпты жағдайда молекулалардың бір
бөлігі әркашан да негізгі күйдің бірінші
және екінші тербелмелі деңгейшелерінде
болатынын ескерген жөн. Сондықтан, келтірілген
суреттегі (а) ауысуы мүмкін. Триплетті
күйдегі өмір сүру мерзімі синглеттінікіден
біршама ұзақ; фосфоресценция үшін жарты
период уақыты 10-3 -10-2 с. Аналитикалық тәжірибеде сынаманы
пайдалану және бақылау үшін талданатын
үлгіні салқындатып, мұздатып қояды. Әр
түрлі люминесциялаушы заттар үшін қоздырылған
күйдің мерзімі 1010 секундтан бастап, бірнеше
сағатқа, тіпті кейде кристалл заттар
үш тәулікке дейін болуы мүмкін. Жарқырау
ұзақтығы - люминесценцияның маңызды сипаттамасы.
Бұл оны шағылу, шашырау, жылу, сәуле
шығару сияқтылардан оңай ажыратады. Люминесценцияны
қоздыру әдісі бойынша оны түрі бойынша
жіктейді: фотолюминесценция - ультракүлгін
және көрінетін электромагниттік сәуле
шығару арқылы қоздыру (фосфоресценция
және флуоресценция); катод- люминесценция - электрон әсерімен
туындайды; хемилюминесценция - химиялық
реакция энергиясының есебінен жарқырау;
рентгенолюминесценция - рентген
сәулесінің әсерінен туындайды; үйкеліс әсерінен
пайда болатын триболюминесценция және
т.б. Қоздыруды тоқтатқанда онымен бірге
флуоресценция да тоқтайды, ал фосфоресценция
болса, белгілі мерзімге дейін тоқтамай,
жарқырай береді. Аналитикалық тәжірибеде
люминесценцияның осы екі түрі жиірек
қолданылады. Қоздыру энергиясынан (сіңірілген
жарықтың) люминесценция энергиясына
ауысу эсерлігі немесе дәрежесі люминесценцияның
энергетикалық және кванттық шығымымен
сипатталады. Люминесценцияның энергетикалық
шығымы деп люминесценция шығарған (шашыратқан)
энергияның сіңірілген жарық энергиясына
қатынасын айтады: Кванттық шығым деп (шығарылған) квант санынын сінірілген
квант санына қатынасын айтады:
BЭН=EЛ/EЖ;
мұндағы Ел мен Еж - люминесценция мен
сіңірілген жарық энергиялары, ал NI мен Nt - шашыраған және сіңірілген квант саны.
Квант энергиясы E-Nh тең, демек:
B=(Nлh⋎л)/(Neh⋎ж)=Bкв(⋎л/⋎ж)
Люминесценцңяның энергетикалық
шығымының қоздырылатын жарық толқынының
ұзындығына тәуелділігі Вавилов заңына бағынады, ол коздырылатын жарық
толқынының ұзындығының өсуімен әуелі, толқын ұзындығына пропорционал өсіп, ең жоғарғы
мәнге жетеді, сосын күрт төмендейді .
Бірінші бөлікке арнап, былай жазады:
Вэн=χλc; λc=c/ νc
Вкв=Вэн*(νж/νл)=χ(λжνж)/νл=χ(c/νл)=χλл=const,
мұндағы χ- пропорционал коэффициент.
Энергетикалық шығымның сіңірілген жарықтың
толқын ұзындығына пропорционалдығы осы
спектрлік бөлімдегі люминесценцияның
кванттық шығымын білдіреді. Демек, люминесценциядағы
кванттық шығым неғұрлым үлкен болған
сайын, соғұрлым люминесценцияланатын
заттың аз мөлшері табылуы мүмкін. Bэн-ның
күрт төмендеуі Вэн-ның жоғарғы мәнінен
кейін байқалады. Белгілі бір спектрлік
аралықта Вкв тұрақтылығы осы аралықта
Вэн жоғары болатын люминесценцияның
толқын ұзындығын қоздыруға мүмкіндік
береді. Бұл сандық флуореметрияда ерекше
мәнге ие болады. Люминесценция интенсивтігі
сәуле шығарған кванттар санына пропорционал:
Iл=χ’I0Nл=χ’ВквNж=χ’’(I0-I)Вкв,
мұндағы Ш және / - түскен және
ерітіндіден өткен жарықтың интенсивтіктері,
олар Бугер-Ламберт-Беер теңдеуімен байланысты:
І=Іо10-е1с; олай
болса,
Nж=χ’Іо(1-10εIc); Іл =кχ’’ВкнІо(1-10εIc)
10-elc=1-2,3εIc+(2,3εIc)2/2!+(2,3εIc)3/3!, мынаны
табамыз:
Iл=2,3χ’’ВквI0εIc=kc
Люминесценция шығымын
төмендететін процестерді люминесценцияны
сөндіруші деп атайды. Люминесценция интенсивтігінін
зат концентрациясына тәуелділігі 3-суретте
келтірілген. Сызықтық тәуелділік қоздырылған
сәуле шығару интенсивтігі Вкв тұрақты
болғанда және люминесцен- цияланушы зат
концентрациясы аз болғанда байқалады.
Түзу сызықты тәуелділік εIc≤102 шартын сақтамаған
жағдайда бұзылады. Бұл жағдайда концентрациялық
сөндіру байқалады. Көптеген заттар үшін
өздігінен сөндірілу 10-3- 10-4 М концентрация кезінде
басталады. Бұған зат молекуласындағы диссоцмация дәрежесінің
өзгеруі, ассоциаттардың түзілуі себепші
болуы мүмкін. Кон-центрациялық сөндіру
құбылысы қайтымды. Мұндай ерітінділерді
сұйылтқанда сәуле шығару, жарқырау қайтадан
басталады. Ал температураның жоғарылауы
люминесценциядағы шығын мен интенсивтіктің
төмендеуіне әкеліп, температуралық сөндіруге
жеткізеді. Люминесценция интенсивтігіне
ерітінді құрамында кездесетін қосымша
заттар, әсіресе олардыц арасындағы люминесценцияланатын
қосылыс молекулаларымен әрекеттесуге
бейімдері ықпал етеді. Олардың бірі люминесценция
спектрін өзгертуге тырысады, өзгелері
оны сөндіруге келтіреді. Оларды люминесценцияиы
сөндірушілер деп атайды. Оларға йод, ауыспалы металдардың иондары және басқалар жатады. Флуоресценцияға негізінен қос байланыспен
қабысқан тұйық тізбекті құрылымдағы органикалық қосылыстар ие болады. Жартылай
тұйық тізбекті түзеді. Ароматты заттардың
басым көпшілігі интенсивті флуоресценцияланады.
Күрделі органикалық косылыс құрылымындағы
- OH, - OR, - NH2 топтары флуоресценция
құбылысын күшейтсе, ал - С02Н, - N02, - S04H төмендетеді,
кейде сөндіруі де мүмкін. Мұнымен қатар
флуоресценция құбылысы ароматты қосылыстардағы
сақинаны тұйықтауға септігін тигізіп,
олар металхелатты тұйық тізбек түзеді.
Флуоресценция спектрлері
Флуоресценция
спектрлері. Әрбір молекуланын өзіне тән қоздыру
және флуоресценция спектрлері болады.
Молекулалардың қоздыру (абсорбция) спектрлері әсірекүлгін
абсорбциялық спектрге ұқсас. Флуоресценция - сіңірілген жарықты
кері шығаратын (реэмиссиялық) кұбылыс,
сондықтан, эдетте, флуоресценция спектрлері
сәйкес қоздыру спектріне ұқсас әрі ұзын
да, үлкен толқынды аймаққа қарай ығысқан
сияқты болып келеді. Екі спектрде де 320,
340, 357 және 377 нм төрт биік жолақша бар.
Флуоресценттік спектрді
aлy үшін спектрофлуориметрлерді қолданады. Олар спектрофотометрге
ұқсас болғанымен, спектрофлуориметрлерде
орналасқан призмамен тор флуоресценциялану
және қоздыру сәуле шығаруға сәйкес толқын
ұзындығын бөлуге мүмкіндік береді. Спектрофлуориметрлерді
затты сандық анықтау үшін қолданады.
Олардың арасындағы ең қарапайымы флуометр және онда қоздырушы
(бірінші) сәуле мен флуоресцентті (екінші)
сәуле шығаруды бөлу үшін жарық тұтқыштарын
пайдаланады. Күрделі спектрофлуориметрден
гөрі қарапайым флуориметрдің екі түрлі
тәсілмен анықтау жұмысын жүргізуге едэуір
мүмкіндігі бар: егер А заты ӘК-сәуле шығаруды
В заты сіңірмейтін аймақта сіңіретін
болса, онда коздырушы сәуле шығаруды
өткізетін призманы, яғни бірінші жарық
тұтқышты тек фотоэлементпен өлше- нетін,
флуоресцентті сәуле шығаруды ғана беретін
А молекуласы қозатындай жағдай жасайтын
етіп таңдайды; егер А мен В заттары бірдей
спектрлік аймақта жарықты сініргенімен,
флуоресцентті сәуле шығару толқын ұзындығы бойынша айырмашылықтары
болса, онда фотоэлементке түсетін флуоресцентті
сәуле шығарудың толқын ұзындығын анықтайтын
екінші ретті жарық-тұткышты пайдаланып
және призманың қалпын таңдай отырып,
тек А молекуласының ғана флуоресценциясын
тіркейтіндей етіп флуориметрді реттейді.
Бұл әдістерді қолдану жағдайы органикалық
қосылыстарды талдау мысалында қарастырылады.
Қорытынды
Сонымен қорыта
келгенде, люминесценция дегеніміз –
суық жарық шығару процесі болып табылады.
Олардың бірнеше түрге бөлінетіндігін
айқындап алдық (фотолюминесценция, электролюминесценция,
пьезолюминесценция, хемилюминесценция,
биолюминесценция, флюоросценция, фосфоросценция).
Люминесценттік сорғылар мен люминесценцияның
медицинадағы маңызы өте зор. Олар арқылы
, митохондриядағы электрон тізбегін тасымалдану
жұмысының молекулалық механизмін және
биохимиялық реакцияның кинетикасын зерттеуге
мүмкіндік береді, биологиялық мембрананың
көмірсутектік тұтқырлығы анықталады,
көмегімен молекулалық компоненттерінің
орналасуын, белоктар мен биологиялық
мембрананың конформациондық қайта құруын,
фазалық өзгерістерін зерттейді.
Қолданылған әдебиеттер
- «Медицинская биофизика»
В.О Самойлов 2007ж 344-352 бет
- «Медицинская биофизика» Ремизов
145-150 бет
- Интернет (kk.wikipedia.org)