Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. ^Оптические и-лазерные методы исследования : в последние годы нашли широкое применение при изучении и решении научных и прикладных задач. ,„..-..
Специфические свойства лазерного излучения (высокая временная и. пространственная когерентность, монохроматичность, мощность, направленность лазерного пучка) дали возможность создать ряд высокоэффективных приборов для медицины, биологии, машиностроения и других областей науки и техники.
Использование при разработке диагностической аппаратуры лазерных источников света позволило успешно развиваться оптическим методам, основанным на измерении поляризационных, свето'рассеиваю- ^' щих свойств среды> таких как лазерная поляризационная нефеломет- г рия, интерферометрия, спектроскопия квазиупругого рассеяния и др. Применение в качестве источника излучения лазера позволяет сфокусировать излучение в малом объеме, добиться высокой плотности мощности. Это удает возможность уменьшить необходимое количество '-" исследуемого образца, повысить чувствительность, упростить оптические узлы экспериментальных установок.
Теоретические аспекты изучения светорассеивающих свойств биообъектов достаточно хорошо изучены в отношении модельных сред. Возникающие в биосреде поляризационные эффекты описываются вектор-параметрическим представлением падающего и рассеянного излучения с применением соответствующего уравнения переноса в матричном виде..В некоторых случаях расчеты не могут предсказать характеристик излучения обусловленных формой,"- структурой, распределением и концентрацией микрообъектов в среде. Поэтому при проведении экспериментов необходимо учитывать влияние состояния реальной биосреды на результаты измерений.
Ценную информацию об оптических и структурных параметрах биообъектов можно получить при экспериментальном исследовании угловых и спектральных зависимостей поляризационных характеристик рассеянного света. Такие эксперименты немногочисленны, особенно применительно к биологическим средам. Поэтому целесообразна раз-
- 4 -работка методик измерения светорассеивающих и поляризационных характеристик биосреды, включающих условия для сохранения структурной целостности биообъектов в ходе исследований. В связи с отсутствием адекватных методик и аппаратуры не изучены светорассеи-вающие и поляризационные характеристики многих биосред. В то же время разработка неинвазивных методов диагностики является актуальной задачей в иммунологии, микробиологии, гематологии, офтальмологии и пр. Решение этих диагностических задач затруднено отсутствием аппаратуры, ' удовлетворяющей исследователей своим быстродействием и точностью.
Таким образом, актуальной проблемой является разработка высокочувствительных ' методов и автоматизированных устройств для исследования светорассеивающих и поляризационных характеристик биообъектов, позволяющих решать диагностические задачи в биологии и медицине.
Учитывая вышесказанное целью настоящей работы является разработка экспериментальных методов и устройств с использованием лазеров для исследования светорассеивающих и поляризационных свойств биологических структур.
В задачи исследования входит:
Разработка образцов лазерных автоматизированных устройств для исследования светорассеивающих и поляризационных характеристик биологических объектов.
Теоретическое и экспериментальное исследование влияния многократности рассеяния на структуру угловых зависимостей матриц рассеянного света водных суспензий полистироловых латексов.
Экспериментальная оценка структуры угловых зависимостей элементов матриц рассеянного света хрусталика человека при возрастных и патологических изменениях.
Экспериментальное изучение патологических изменений состояния естественных и искусственных хрусталиков человека методом интерферометрии.
Изучение поляризационных характеристик компонентов противочумных препаратов, таких как водные суспензии комплексов липо-полисахарид - фосфолипидные везикулы, : капсульный антиген микроба чумы - фосфолипидные везикулы.
- 5 -На защиту, выносятся-следующие положения и результаты:
структурные схемы быстродействующих лазерных поляризационных нефелометров, позволяющих проводить определение 16 элементов МРС с малым временем измерения, не более 3 сек. при заданном угле рассеяния.
многократное рассеяние изменяет структуру угловых зависимостей матриц рассеянного света, в частности изменяются абсолютные значения матричных элементов и нарушается симметрия МРС, что позволяет оценить корректность выбранной модели при анализе экспериментальных данных.
экспериментально зарегистрированные угловые зависимости элементов МРС при развитии патологических изменений в хрусталике глаза человека, а также в процессе образования комплексов лйпопо-лисахарид - фосфолипидные везикулы и 'капсульный антиген микроба чумы - фосфолипидные везикулы.
лазерная интерференционная методика диагностики естественных и искусственных хрусталиков.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в том, что:
-
Предложена и разработана методика измерения угловых зависимостей' элементов МРС, позволившая создать быстродействующие лазерные поляризационные нефелометры, предназначенные для исследования параметров светорассеиващих биологических сред.
-
На модельных объектах суспензии полистироловых латексов исследовано' влияние многократности рассеяния на структуру угловых зависимостей элементов МРС.
-
Впервые изучены угловые зависимости элементов МРС водных растворов комплексов липополисахарид - фосфолипидные везикулы, капсульный антиген микроба чумы - фосфолипидные везикулы, показывающих процессы изменения формы частиц, образования агрегатов в суспензии, с целью определения оптимальной концентрации компонентов противочумных препаратов.
-
Экспериментально исследовано влияние возрастных изменений на структуру угловых зависимостей-МРС, на этой основе разработана дифференциальная методика диагностики патологических изменений в хрусталике глаза.
5. Предложена и реализована методика определения светорассе-, ивающих свойств естественного и искусственного хрусталика глаза человека на основе интерференции поляризованного света.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, разработанные методики и устройства являются основой для создания лазерных диагностических приборов для медицины и биологии.
В ходе подготовки к диссертации были выполнены НИР по программе фундаментальных исследований РАН "Ятаган", "Ярило", "Ямб", целевых комплексных программ Госкомобразования СССР "Лазерные, системы" и ОКР Министерства эдравохранения РФ "Опал", по результатам которой была подготовлена конструкторская документация для выпуска прибора для ранней диагностики патологических изменений глаза.
АПРОБАЦИЯ. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: 1 Международной школе " Spectroscopic and Structural Studies in Biology and Medicine" (Prague, . 1989); Международной конференции "Лазеры и медицина" ( Ташкент, і989); 3 Международной конференции "Laser Scattering Spectroscopy and Diagnostics of Biological Object" (Москва,1990), Международном симпозиуме "Biomedical Optics Europe '93" Budapest, 1993; Международном симпозиуме "Biomedical Optics '94" (San Jose, California, 1994), Международном симпозиуме "Biomedical Optics Europe '94" (Lille, 1994), Международном симпозиуме "Biomedical Optics "95" (San Jose, California, І995).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 13 статей и 3 тезисов докладов.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 173 страницах машинописного текста, включая введение. 5 глав, выводы, список литературы (114 источников) и приложение. Работа содержит 33 рисунка.
