Preview

Альманах клинической медицины

Расширенный поиск

Анализ люминесценции в мутных биологических средах

https://doi.org/10.18786/2072-0505-2017-45-2-163-169

Полный текст:

Аннотация

Актуальность. Количественный люминесцентный анализ широко используется в  биологии, лабораторной диагностике и  клинической медицине для исследования объектов на различных уровнях. Однако существующие упрощенные алгоритмы расчета концентрации люминофоров в  разбавленных линейных растворах не могут быть применены к условиям мутных сред с  сильным светорассеянием, к которым относятся большинство живых биологических тканей. Сегодня развитие люминесцентного анализа в медицине идет по пути создания неразрушающих и  неинвазивных методик контроля in vivo. В  этой связи вопрос о  постановке задачи исследования и  разработки алгоритмов вычислений концентрации люминофоров по регистрируемым спектрам люминесценции в условиях мутных сред представляется актуальным. Цель  – формулировка и  обоснование задачи разработки алгоритмов вычислений концентрации люминофоров по регистрируемым спектрам люминесценции в  условиях оптически мутных сред. Материал и методы. Рассматривалось физико-математическое моделирование процесса формирования вынужденного излучения флюоресценции в светорассеивающей среде на основе модифицированной двухпотоковой модели Кубелки  – Мунка. Проводилась серия лабораторных экспериментов с макрооднородными светорассеивающими модельными средами на основе натуральных препаратов крови для выяснения характера реальной зависимости регистрируемой с поверхности оптически мутной биологической среды интенсивности флюоресценции от фактора светорассеяния и  концентрации флюорофора в  среде. Результаты. И  теоретические, и  экспериментальные результаты демонстрируют сложную нелинейную зависимость регистрируемой интенсивности флюоресценции от оптических свойств среды и  концентрации флюорофора в  среде. Эта зависимость сильно отличается от известного линейного решения Паркера для прозрачных сред, что приводит к  невозможности его применения в  условиях оптически мутных сред. Заключение. Необходимо дальнейшее развитие исследований в  направлении поиска замкнутого аналитического решения обратной задачи оптики светорассеивающих и флюоресцирующих сред для вычисления по регистрируемому потоку люминесценции концентрации люминофора в светорассеивающей среде. 

Об авторах

И. А. Гусева
ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»; ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия

Гусева Ирина Андреевна – техник лаборатории медико-физических исследований МОНИКИ, аспирант факультета экспериментальной и теоретической физики МИФИ

129110, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2–9



Д. А. Рогаткин
ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»; ООО «Центр исследований и разработок ЭОС-Медика»
Россия
Рогаткин Дмитрий Алексеевич – д-р техн. наук, заведующий лабораторией медико-физических исследований МОНИКИ, научный руководитель программ и проектов ЭОС-Медика


Е. С. Бувалая
ГБУЗ МО «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского»; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Россия

Бувалая Екатерина Сергеевна – лаборант лаборатории медико-физических исследований МОНИКИ, магистр физического факультета МГУ



Список литературы

1. Гладков АА. Люминесцентный анализ в медицине. Кишинев: КГУ; 1958. 389 с.

2. Lakowicz JR. Principles of fluorescence spectroscopy. New York: Plenum Press; 1983. 488 p.

3. Udenfriend S. Fluorescence assay in biology and medicine. New York, London: Academic Press; 1962. 517 p.

4. Рогаткин ДА. Физические основы лазерной клинической флюоресцентной спектроскопии in vivo. Медицинская физика. 2014;(4): 78–96.

5. Шмидт В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов. М.: Техносфера; 2007. 368 с.

6. Siraj N, El-Zahab B, Hamdan S, Karam TE, Haber LH, Li M, Fakayode SO, Das S, Valle B, Strongin RM, Patonay G, Sintim HO, Baker GA, Powe A, Lowry M, Karolin JO, Geddes CD, Warner IM. Fluorescence, phosphorescence, and chemiluminescence. Anal Chem. 2016;88(1): 170–202. doi:10.1021/acs.analchem.5b04109.

7. Mycek MA, Pogue BW, editors. Handbook of biomedical fluorescence. New York: Marcel Dekker Inc.; 2003. 665 p.

8. Rogatkin D, Shumskiy V, Tereshenko S, Polyakov P. Laser-based non-invasive spectrophotometry – an overview of possible medical applications. Photonics & Lasers in Medicine. 2013;2(3):225–40. doi:10.1515/plm-2013-0010.

9. Smirnova OD, Rogatkin DA, Litvinova KS. Collagen as in vivo quantitative fluorescent biomarkers of abnormal tissue changes. J Innov Opt Health Sci. 2012;(5):250010. doi: http://dx.doi.org/10.1142/S1793545812500101.

10. Rogatkin DA, Tereschenko SG, Lapaeva LG, Gorenkov RV. Complex therapeutic-diagnostic endoscopy with laser irradiation and in-Situ spectrophotometry of erosive-ulcerative impairments of upper part of the gastrointestinal tract. Proc. SPIE 4613. Optical Biopsy IV; 286 (May 7, 2002). doi:10.1117/12.465257.

11. Sunar U, Rohrbach DJ, Morgan J, Zeitouni N, Henderson BW. Quantification of PpIX concentration in basal cell carcinoma and squamous cell carcinoma models using spatial frequency domain imaging. Biomed Opt Express. 2013;4(4):531–7. doi:10.1364/BOE.4.000531.

12. Rogatkin D, Guseva I, Lapaeva L. Nonlinear behavior of the autofluorescence intensity on the surface of light-scattering biotissues and its theoretical proof. J Fluoresc. 2015;25(4): 917–24. doi:10.1007/s10895-015-1572-7.

13. Parker CA. Photoluminescence of solutions. Amsterdam: Elsevier; 1968. 510 p.

14. Rogatkin DA, Sokolovski SG, Fedorova KA, Stewart NA, Sidorov VV, Rafailov EU. Basic principles of design and functioning of multifunctional laser diagnostic system for non-invasive medical spectrophotometry. Proc. SPIE 7890. Advanced Biomedical and Clinical Diagnostic Systems IX, 78901H (February 21, 2011). doi:10.1117/12.874258.

15. Рогаткин ДА. Базовые принципы организации системного программного обеспечения многофункциональных неинвазивных спектрофотометрических диагностических приборов и комплексов. Медицинская техника. 2004;(2):8–12


Для цитирования:


Гусева И.А., Рогаткин Д.А., Бувалая Е.С. Анализ люминесценции в мутных биологических средах. Альманах клинической медицины. 2017;45(2):163-169. https://doi.org/10.18786/2072-0505-2017-45-2-163-169

For citation:


Guseva I.A., Rogatkin D.A., Buvalaya E.S. Analysis of luminescence in turbid biological media. Almanac of Clinical Medicine. 2017;45(2):163-169. (In Russ.) https://doi.org/10.18786/2072-0505-2017-45-2-163-169

Просмотров: 3947


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-0505 (Print)
ISSN 2587-9294 (Online)