Использование металлических наночастиц для исследования клеток оптическими методами
Введение
Особое внимание сегодня уделяется разработке новых методов исследования клеток, которые не требуют их дополнительной модификации или повреждения мембраны. Чтобы полноценно понять работу клетки и взаимосвязь ее процессов, необходимо одновременно изучать различные клеточные процессы, происходящие в разных частях клетки и имеющие разные временные характеристики. Большинство клеток прозрачны и для их изображения в традиционной амплитудной микроскопии требуется применение контрастирующих или флуоресцентных зондов. Однако использование таких зондов изменяет состояние клетки и может влиять на ее функционирование.
Поэтому, целью данной работы является исследование структурных изменений клеток, таких как нейрон и их возможное влияние на клеточное функционирование и характеристики. Контролируемые структурные изменения вызвались с помощью концентрированных солевых растворов, а изменения регистрировались оптическими методами. Были выполнены поставленные следующие задачи:
Исследовать
Содержание
Введение 8
1. Литературный обзор 9
1.1. Строение нейрона 9
1.2. Методы исследования нейронов 10
1.2.1. Атомно - силовая микроскопия 11
1.2.2. Лазерной - интерференционная микроскопия 15
1.2.3. Спектроскопия комбинационного рассеяния 18
1.2.4. Оптический абсорбционный томограф 21
1.3. Железоредуцирующие микроорганизмы 24
2. Объект и методы исследования 27
2.1. Выделение и культивирование нейральных клеток новорожденных крыс для исследования 27
2.2. Исследование параметров структуры наночастиц, используемых для усиления интенсивности комбинационного рассеяния (метод SERS) 27
2.2.1. Плазмонные свойства наноразмерных металлических систем для спектроскопии SERS 29
2.2.2. Синтез и нанесение наночастиц на подложку 31
2.3. Исследование качественного и количественного состава наночастиц серебра 33
2.4. Рентгено-флуоресцентный анализ 34
2.5. Измерение параметров кристалической решетки на рентгеновском дифрактометре 35
2.6. Исследование молекулярных свойств искусственных и природных магнитных частиц 37
3. Результаты и обсуждения 39
3.1. Разработка технологии исследования нейрона с помощью оптического томографа 39
3.2. Обработка и выводы по полученным результатам от оптического томографа 43
3.3. Исследование подложки с наночастицами серебра с помощью интерференционном автоматизированном микроскопе 44
3.4. Исследование наноструктур подложки с наночастицами серебра 45
3.5. Исследование свойств подложки с наночастицами серебра рентгено – флуоресцентном спектрометре 50
3.6. Исследование подложки с наночастицами серебра рентгеновским дифрактометром 51
3.7. Исследование молекулярных свойств искусственных и природных магнитных частиц 52
3.7.1. Исследование морфологии скопления бактерий и состава синтезированных магнитных наночастиц. 52
3.7.2. Исследование магнитных свойств МНЧ бактерией Geoalkalibacter ferrihydriticus с помощью СКВИД магнитометра 55
3.7.3. Исследование молекулярной структуры магнитных частиц 58
Выводы 61
Список литературы 62
Список литературы
1. Николлс Джон, Мартин Роберт, Валлас Брюс, Фукс Пол От нейрона к мозгу / Пер. с англ. П. М. Балабана, А.В.Галкина, Р. А. Гиниатуллина, Р.Н.Хазипова, Л.С.Хируга. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — 672 с., цв. вкл.
2. Халисов Максим Миндигалеевич Применение атомно-силовой микроскопии для детектирования отклика нативных клеток на внешние воздействия, дис. К.н.т. Санкт-Петербург, 2018, 143с
3. Стародубцева М.Н. Атомно-силовая микроскопия клеток как метод изучения патогенеза и основа для разработки методов диагностики заболеваний. Гомельский государственный медицинский университет, Институт радиобиологии НАН Беларуси, г. Гомель, 2017
4. Chang K.-Ch., Chiang Yu-W., Yang Ch.-H., Liou J.-W. Atomic force microscopy in biology and biomedicine // Tzu Chi Medical Journal. 2012. V. 24(4). P. 162–169.
5. Применение лазерной интерференционной микроскопии для оценки функционального состояния эритроцитов, А. В. Дерюгина, М. Н. Иващенко, А. А. Белов, П. С. Игнатьев, В. Б. Метелин, ЦИТОЛОГИЯ, 2021 г., том 63, № 1, с. 74–79
6. Никитюк Александр Сергеевич, Математическая модель нелинейной кинетики молекулы ДНК и ее применение для анализа клеточной динамики, дис. к. ф.-м. н, «Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук» – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, 2020, 110с
7. Исследование клеточной динамики с помощью интерференционной микроскопии с применением вейвлет-анализа, А. Р. Браже, Н. А. Браже, О. В. Сосновцева, А. Н. Павлов, Э. Мозекильде, Г. В. Максимов, Компьютерные исследования и моделирование 2009 Т. 1 № 1 С. 77–83
8. Сюсин Илья Владимирович, Влияние ионов Са2+ на фосфолипидный состав, состояние и морфологические характеристики эритроцитов, дис. к.б.н., Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва», Саранск, 2015, 123с
9. Puppels G.J., de Mul F.F., Otto C., Greve J., Robert-Nicoud M., Arndt-Jovin D.J., Jovin T.M. (1990). Studying single living cells and chromosomes by confocal Raman microspectroscopy. Nature. 347, 301–303;
10. Вересов А.Г. и Стрелецкий А.В. (2011). Спектроскопия комбинационного рассеяния. Словарь нанотехнологических терминов.
11. Kneipp J., Kneipp H., Wittig B., Kneipp K. (2010). Novel optical nanosensors for probing and imaging live cells. Nanomedicine. 6, 214–226;
12. Исследование
Важно, что эти микроорганизмы являются звеном биогеохимического цикла железа [16], принимают активное участие в формировании осадочных железистых кварцитов, состоящих преимущественно из слоев кварца, гематита, магнетита и маггемита (γ-Fe2O3). Особый интерес к магнитобактериям, способным биоминерализировать различные соединения железа, вызван тем, что в лабораторных условиях можно получить наночастицы магнетита и ферригидрита [17,18].
Факторы, которые влияют на формирование биоминералов, все еще недостаточно изучены. Исследования на примере бактерий Shewanella putrefaciens CN32 было доказано, что лимитирующими факторами редукции железа могут выступать арсенаты, фосфаты, силикаты, цитраты, гуминовые вещества и экстрацеллюлярные полимеры [19]. На процесс осаждения Fe (III) как правило влияет сочетание абиотических и биотических процессов, которые приводят к обр