WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Ранее в ГОИ им. С.И. Вавилова были разработаны портативные видеоанализаторы биочипов, но развитие и совершенствование биочиповой технологии и требование увеличения скорости анализа привело к изменению ряда параметров биочипов. В связи с увеличением числа одновременно анализируемых ячеек, приведшему к увеличению размеров матрицы с 3,5х4 мм2 до 5хмм2, а также переходом на новый краситель (Cy5 вместо Texas Red), изменением предельных концентраций (10 амоль красителя на ячейку вместо 30 амоль) и изменением способа нанесения матрицы (что повысило требования к центрировке чипа), потребовалась разработка принципиальной схемы и создание опытного образца видеоанализатора изображений для микролюминесцентного анализа «биочиповых» структур с большим массивом одновременно анализируемых ячеек.

Для разработки модели, соответствующей современным требованиям, сформулированы технические требования и разработана принципиальная схема прибора (рис. 6). Предложенная система освещения предусматривает освещение матрицы биочипа двумя полупроводниковыми лазерами с длиной волны 655 нм и мощностью 25 мВт через волоконно-оптические жгуты с осветительными наконечниками в форме лопатки и со случайным расположением волокон на торцах жгута, что позволяет достаточно равномерно осветить сравнительно большое поле матрицы биочипа и возбудить люминесценцию окрашенных ячеек. В результате тщательной настройки освещения удалось добиться равномерности люминесценции по полю матрицы в допустимых пределах ±15%.

Рис. 6. Принципиальная оптическая схема люминесцентного видеоанализатора. 1 – кластер биочипа, 2 – лазеры, 3 – блоки питания, 4 – проекционный объектив, 5 – светофильтр, 6 – ПЗС-камера, 7 – компьютер, 8 – волоконно-оптические жгуты Особое внимание уделено важнейшему элементу проекционной системы – объективу. В результате сопоставления нескольких вариантов по сложности и технологичности выбран специально разработанный широкопольный высокоапертурный зеркально-линзово-призменный объектив 1х0,35, поле зрения которого (6х8 мм) соответствует размеру матрицы биочипа. Разрешающая способность объектива составляет 80-300 лин/мм и достаточна для работы с ячейками диаметром 100 мкм, а рабочее расстояние 15 мм упрощает настройку осветительной системы. Запирающий светофильтр выбран с учетом большой апертуры светового пучка (0,35), и, благодаря высокой скрещенности, позволяет регистрировать весьма слабые сигналы, обеспечивая соотношение сигнал/фон не менее 10. Разработанная система загрузки чипа обеспечивает точность позиционирования не хуже 4,5 мкм. Пороговая чувствительность прибора определена на уровне примерно 10 амоль красителя Cy5 на ячейку объемом 0,2 нл, что вполне удовлетворяет требованиям к прибору подобного класса.

Проведены успешные лабораторные и эксплуатационные испытания, в т.ч. с диагностическими туберкулезными чипами, определяющими лекарственно-устойчивые формы, что подтверждает работоспособность выбранного варианта построения анализатора.

В заключении сформулированы основные результаты выполненной работы:

1. Разработана принципиальная схемы безапертурного рамановского и люминесцентного спектрометра ближнего поля, использующего эффект локального усиления оптических полей вблизи острия металлических зондов для исследования и характеризации как прозрачных, так и непрозрачных образцов с пространственным разрешением в 50 нм.

2. Разработан метод изготовления металлических зондов с радиусом острия менее 15 нм травлением на постоянном токе в капле электролита и исследованы особенности конкуренции гравитационных и капиллярных сил в процессе электрохимического травления.

3. Предложен метод определения резонансных оптических характеристик серебряных и золотых зондов для ближнепольного микроскопа, основанный на регистрации спектра рассеяния зонда и определении спектрального положения максимума рассеяния.

4. Разработана система регулирования расстояния «зонд-образец», позволяющая поддерживать расстояние в диапазоне 5-20 нм.

5. Разработана система сопряжения элементов взаимного позиционирования металлического острия и образца в поле лазерного излучения, позволяющая совместить плоскость образца, вершину зонда и центр сфокусированного лазерного луча.

6. Разработаны алгоритм управления, программное обеспечение и методика регистрации оптического сигнала спектрометра ближнего поля при работе в одноканальном режиме счета фотонов.

7. Предложен оригинальный метод возбуждения и детектирования люминесценции, позволяющий получать изображения и проводить параллельный микролюминесцентный анализ большого массива ячеек биочипа (15х20), разработана принципиальная схема видеоанализатора, изготовлен опытный образец и проведены его испытания.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Voronin Yu.M., Ivanov M.M., Parfenov P.S., Toporcov S.A., Chentzov Yu.V.

Near-field scanning tunneling optical microscope // Proceedings of The First scientific workshop-presentation «Optical micro- and nanotechnologies» / СПбГИТМО (ТУ), 2002. – С. 7-15.

2. Парфенов П.С., Баштанов А.В., Воронин Ю.М. Регистрация сил бокового сдвига в ближнепольной микроскопии // Труды учебных заведений связи. – 2004, № 170. – С. 113-116.

3. Воронин Ю.М., Иванов М.М., Парфенов П.С., Топорков С.А., Ченцов Ю.В.

Ближнепольный сканирующий туннельный оптический микроскоп // Известия вузов. Приборостроение. – 2004, том 47, №12. – С. 45-49.

4. Агроскин Л.С., Парфенов П.С., Барский И.Я., Воронин Ю.М., Барский В.Е.

Люминесцентный видеоанализатор биологических микрочипов // Оптический журнал. – 2006, Т.73, №12. – С.47-50.

5. Баранов А.В., Виноградова Г.Н., Воронин Ю.М., Германова Н.М., Диденко И.А., Маслов В.Г., Орлова А.О., Парфенов П.С., Перлин Е.Ю., Петров В.И., Топорков С.А., Федоров А.В. Способ регистрации резонансной характеристики металлического зонда ближнего поля для рамановского наноспектрометра // Патент РФ на изобретение № 2319118 от 24.05.2006.

6. Баранов А.В., Виноградова Г.Н., Воронин Ю.М., Германова Н.М., Диденко И.А., Маслов В.Г., Орлова А.О., Парфенов П.С., Перлин Е.Ю., Петров В.И., Топорков С.А., Федоров А.В. Способ изготовления зонда для рамановского наноспектрометра // Заявка на изобретение № 2006134079 от 25.09.2006.

7. A.V. Baranov, A.V. Fedorov, Yu.M. Voronin, G.N. Vinogradova, P.S. Parfenov, A.A. Kim, T.S. Perova. TERS-based characterization of Si-Ge nanostructures //

Abstract

book of 5th International Conference on Silicon Epitaxy and Heterostructures, ICSI-5, May 20-24, 2007, Marseille, France. – 22Р 2-02.

8. I.D. Rukhlenko, A.V. Fedorov, A.V. Baranov, Yu.M. Voronin, G.N. Vinogradova, P.S. Parfenov. Tip-enhanced secondary emission of semiconductor quantum dots // Book of abstracts of Int. Conf. “Fundamentals of Laser Assisted Micro– & Nanotechnologies (FLAMN-07)”, St. Petersburg, Russia, June 25-28, 2007. – P. 92.

9. Парфенов П.С. Использование атомно-силового взаимодействия в люминесцентной нанооптике // 55-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов:

материалы / СПб ГУТ. СПб, 2003. – С. 101.

10. Парфенов П.С. Применение синхронного детектирования для измерения величины силы бокового сдвига в ближнепольной оптической микроскопии // 56-я научно-техническая конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: материалы / СПбГУТ. СПб, 2004. – С. 92.

11. Парфенов П.С. Высокоразрешающее исследование люминесцентно меченых хромосом // 57-я юбилейная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов:

материалы / СПбГУТ. СПб, 2005. – С. 118.

12. Парфенов П.С. Основные факторы, влияющие на процесс люминесценции молекул в ближнем поле // 58-я научно-техническая конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: материалы / СПбГУТ. СПб, 2006. – С. 97.

13. Парфенов П.С. Организация сопряжения электронных блоков рамановского наноспектрометра // Сборник тезисов IV межвузовской конференции молодых ученых. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. – С. 52.

14. Парфенов П.С. Реализация одноканального счета фотонов для рамановского наноспектрометра // Сборник тезисов V межвузовской конференции молодых ученых. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. – С. 240.

Список цитируемой литературы 1. Raman Microscopy. Developments and Applications / Edited by: George Turrell and Jacques Corset. – США, Elsever, 1996. – P. 453.

2. Мирзабеков А.Д., Прокопенко Д.В., Чечеткин В.Р. Применение матричных биочипов с иммобилизованной ДНК в биологии и медицине. // В кн.: Информационные медико-биологические технологии / под ред. В.А. Княжева и К.В. Судакова. – ГЭОТАР-МЕД, Москва, 2002. – C. 166-198.

3. Барский В.Е., Колчинский А.М., Лысов Ю.П., Мирзабеков А.Д. Биологические микрочипы, содержащие иммобилизованные в гидрогеле нуклеиновые кислоты, белки и другие соединения: свойства и приложения в геномике // Молекулярная биология. – 2002, Т.36, №4. – C. 563-584.

4. Progress in Nano-Electro-Optics I: Basics and Theory of Near-Field Optics / Ed.

Ohtsu M. // Springer Series in Optical Sciences. – 2003, Vol. 86. – P. 159.

5. Pettinger B., Picardi G., Schuster R., Ertl G. Surface-enhanced and STM tipenhanced Raman spectroscopy of CN ions at gold surfaces // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 2003, vol. 554. – P. 293-299.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»