авторефераты диссертаций www.z-pdf.ru
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ИМЕНИ Б.И. СТЕПАНОВА

НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ»

УДК 535.353+535.354+535.37+535.34+535.32

ЖАРНИКОВА

ЕКАТЕРИНА СЕРГЕЕВНА

СПОНТАННОЕ ИСПУСКАНИЕ СВЕТА

МОЛЕКУЛЯРНЫМ СИНГЛЕТНЫМ КИСЛОРОДОМ

О2 (1Δg) В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДАХ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

по специальности 01.04.05 – Оптика

Минск, 2015

научный сотрудник центра аналитических и

спектральных

измерений

Государственного

научного учреждения «Институт физики имени

информационных технологий и

Белорусского

национального

университета

робототехники

технического

Толсторожев Георгий Борисович,

доктор физико-математических наук,

главный

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Институт физики

имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси»

Научный руководитель:

Джагаров Борис Михайлович,

доктор физико-математических наук, профессор,

заведующий лабораторией фотоники молекул

Государственного

научного

учреждения

«Институт

физики

имени

Б.И. Степанова

Национальной академии наук Беларуси»

Официальные оппоненты:

Зенькевич Эдуард Иосифович,

доктор физико-математических наук, профессор

кафедры

технической

физики

факультета

Б.И. Степанова

Беларуси»

Национальной

академии наук

Оппонирующая организация: Белорусский государственный университет

Защита состоится «8» декабря 2015 г. в 14.30 на заседании совета по защите

диссертаций Д 01.05.01 при Государственном научном учреждении «Институт

физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси» по

адресу: 220072, пр-т Независимости, 68, г. Минск, Республика Беларусь; тел.

ученого секретаря: 284-04-50, факс: 284-08-79, e-mail: ponyavina@imaph.bas-

net.by.

С диссертацией можно ознакомиться в Института физики НАН Беларуси.

Автореферат разослан «5» ноября 2015 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций

доктор физико-математических наук

А.Н. Понявина

1

ВВЕДЕНИЕ

Кислород играет ключевую роль в энергетике большинства живых

существ, и служит окислителем питательных веществ при дыхании животных,

растений, грибков и бактерий. Молекула кислорода в основном состоянии (O2),

как правило, химически инертна и обладает невысокой реакционной

способностью. Однако существуют различные химически активные формы

кислорода, одной из которых является кислород в низшем возбужденном ag

состоянии – синглетный кислород.

Фотосенсибилизированное образование синглетного кислорода является

одним из способов получения активной формы O2. Этот способ генерации

О2 (ag) включает несколько этапов: молекула фотосенсибилизатора (ФС)

поглощает квант света и переходит в возбуждѐнное триплетное состояние,

затем происходит перенос энергии возбуждения от ФС в триплетном состоянии

на кислород и, как следствие, молекула О2

переходит в электронно-

возбужденное синглетное состояние. С прикладной точки зрения, О2 (ag)

может использоваться при фотодинамической терапии злокачественных и

других

новообразований.

Отсюда

очевидна

необходимость

детального

изучения механизмов образования и дезактивации активных форм кислорода, а

именно

синглетного

молекулярного

кислорода.

Наличие

собственной

люминесценции

синглетного

кислорода

позволяет

проводить

прямой

спектроскопический контроль его появления и исчезновения. Однако следует

отметить, что детектирование люминесценции О2 (ag) ограничено низким

значением квантового выхода этого вида свечения в конденсированных средах.

Величина сигнала напрямую связана с константой скорости (kr) спонтанного

излучательного перехода agX 3Σg- в молекуле кислорода.

Поскольку kr обнаруживает сильную зависимость от среды и коррелирует

со значением коэффициента преломления n и его функциями необходимо

детальное рассмотрение параметров люминесценции синглетного кислорода в

различных диэлектрических средах. Кроме того, требуется изучить динамику и

эффективность

фотосенсибилизированного

образования

молекулярного

синглетного кислорода и его люминесцентные свойства внутри белковой

матрицы, а также в комплексе с полимером полиэтиленгликолем. Наряду с

изучением фотофизических свойств молекулярного синглетного кислорода

актуальны исследования влияния вспомогательных компонентов мази для

фотодинамической терапии Фотолон® на фотофизические характеристики

активного компонента – хлорина е6. Помимо этого, необходимо проводить

эксперименты по детектированию люминесценции синглетного кислорода в

образцах ткани экспериментальных животных, обработанных мазью Фотолон®.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Связь работы с крупными научными программами (проектами) и

темами

Исследования по теме диссертации включены в утвержденные научные

планы работ Института физики НАН Беларуси на 2006-2015 гг.

Тема диссертации соответствует пункту 6 «Перечня приоритетных направ-

лений фундаментальных и прикладных научных исследований Республики

Беларусь на 2011-2015 годы», утверждѐнного Советом Министров РБ

19.04.2010 г.

585:

6.1. Фундаментальные

проблемы

взаимодействия

излучения с неорганическими и органическими веществами в разных фазах, в

том числе с биологическими тканями, клеточными структурами и организмами;

6.6. Использование

лазерного

излучения

в

медицине,

ветеринарии,

семеноводстве, обработке материалов, природопользовании и военном деле;

Работа по данной диссертации выполнялась в рамках заданий следующих

государственных

программ

и

проектов:

Государственной

комплексной

программы

научных

исследований

«Кристаллические

и

молекулярные

структуры», задание 12 «Исследование молекулярных механизмов процессов

переноса заряда, энергии и информации в биологических и искусственных

системах, предназначенных для использования в медицине и биотехнологиях, и

реакций дыхательных белков гемоглобина и миоглобина с двухатомными

молекулами-лигандами O2, NO, CO» (2006-2010 гг., № гос. регистрации

20065519); Государственной комплексной программы научных исследований

«Электроника и фотоника», задание 2.3.03 «Фотоника биологических и

искусственных

мультимолекулярных

систем:

исследование

и

контроль

фотофизических

и

фотохимических

процессов

с

участием

молекул

сенсибилизатора, кислорода и гемоглобина в злокачественных опухолях при

фотодинамической терапии, фотоиндуцированные процессы с участием белков,

разработка новых фотосенсорных систем для биомедицинских и экологических

целей»

(2011-2013 гг.,

№ гос. регистрации

20120286);

Государственной

комплексной

программы

научных

исследований

«Конвергенция»,

задание 3.1.04 «Спонтанное испускание света молекулярным кислородом:

влияние среды, граничных условий и фазового состояния» (2011-2015 гг.,

№ гос. регистрации 20120287); Государственной комплексной программы

научных

исследований

«Электроника

и

фотоника»,

задание

2.3.06

«Молекулярная фотоника природных и модельных объектов: первичные

фотофизические процессы и фотохимические реакции с участием протеинов и

супрамолекулярных

комплексов,

фотоиндуцированные

процессы

при

разрушении злокачественных опухолей, оптические сенсорные системы для

3

медицины и экологии» (2014-2015 гг., № гос. регистрации 20141966); проекта

Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований №

Ф11М-084

«Динамика

и

эффективность

фотосенсибилизированного

образования молекулярного синглетного кислорода и его люминесцентные

свойства в белковых матрицах» (2011-2013 гг., № гос. регистрации 20113616);

гранта Президиума Национальной академии наук Беларуси аспирантам на

выполнение

научно-исследовательских

работ

«Фотосенсибилизированная

люминесценция молекулярного синглетного кислорода в молекулярных

системах» (2011-2012 гг., № гос. регистрации 20115551); проекта Белорусского

республиканского фонда фундаментальных исследований № Ф12КОР-002

«Разработка новых углеродных наноматериалов для фотодинамической

терапии

и

исследование

их

фотофизических

свойств»

(2012-2014 гг.,

№ гос. регистрации 20123606).

Цель и задачи исследования

Цель диссертационной работы заключается в определении динамики

фотосенсибилизированного

образования

синглетного

кислорода

и

фотофизических характеристик хлорина е6 при взаимодействии с различными

вспомогательными компонентами мази Фотолон®; установлении взаимосвязи

константы

скорости

перехода

agX g-

в

молекуле

кислорода

с

диэлектрическими свойствами среды; определении динамики и эффективности

фотосенсибилизированного

образования

O2 (ag)

в

Zn-замещенном

миоглобине. Достижение цели исследования осуществлялось посредством

решения следующих задач:

Исследования динамики и эффективности фотосенсибилизированного

образования молекулярного синглетного кислорода хлорином е6 в присутствии

полимера полиэтиленгликоля с молярной массой 1500 Да.

Изучения

спектральных

и

фотофизических

характеристик

фотосенсибилизатора хлорина е6 в присутствии вспомогательных компонентов,

входящих в состав мази для фотодинамической терапии Фотолон®.

Исследования влияния диэлектрических свойств среды на константу

скорости спонтанного излучения молекулярного синглетного кислорода.

Определения эффективности и динамики фотосенсинсибилизированного

образования молекулярного синглетного кислорода внутри белковой матрицы

миоглобина.

Регистрации

сигнала

люминесценции

с

поверхности

экспериментальных животных, обработанной мазью Фотолон®.

ткани

Объектом исследования являлся молекулярный синглетный кислород

(ag), активированный фотосенсибилизаторами: хлорином е6, хлорином е6 в

4

комплексе с полимером, в буферном растворе и in vivo с образцов ткани

экспериментальных

животных;

мезо-тетра(N-метил-4-пиридил) порфин

тозилатом (TMPyР4+); а также мезопорфирином IX диметиловым эфиром (МП).

Кроме того, проводились исследования комплекса порфирина с белком, а

именно Zn-замещенного миоглобина (Zn-Mb).

Предметом исследования являлись установление влияния диэлектрических

свойств среды на константу скорости спонтанного испускания синглетного

кислорода;

определение

эффективности

фотосенсибилизированного

образования молекулярного синглетного кислорода внутри белковой матрицы и

в

комплексе

фотосенсибилизатор – полимер;

изучение

фотофизических

характеристик молекул-фотосенсибилизаторов.

Научная новизна

Влияние диэлектрических свойств среды на излучательную константу

скорости перехода agX 3Σg-

в молекуле кислорода является объектом

длительных исследований, как в теоретическом, так и в экспериментальном

плане. Изучение параметров люминесценции синглетного кислорода является

необходимым для понимания и дальнейшего практического применения

механизмов большого числа природных и технологических фотопроцессов с

его участием. В результате выполнения диссертационной работы получены

принципиально новые результаты, связанные с установлением влияния

диэлектрических свойств среды на излучательную константу скорости

молекулярного

О2 (1Δg) кислорода, как в однородной, так и в сложной

гетерогенной системе, такой как белок. Впервые предлагается использовать Zn-

замещенный миоглобин для изучения процесса фотосенсибилизированного

образования молекулярного синглетного кислорода и его люминесцентных

свойств внутри белковой матрицы. Использование такой модельной системы

позволит проследить влияние природных тушителей синглетного кислорода, а

также гидрофобного микроокружения гемового кармана на динамику и

эффективность

фотосенсибилизированного

образования

синглетного

кислорода.

Проведенные в диссертационной работе измерения in vivo, являются

важным для понимания и оптимизации режима фотодинамической терапии

рака.

Впервые

в

исследовательской

практике

сигнал

люминесценции

синглетного кислорода был получен с поверхности биологической ткани,

обработанной мазью Фотолон®, в состав которой входит фотосенсибилизатор

1

1

O2 – хлорин е6.

фотосенсибилизированного Zn-замещенным миоглобином равна

кислорода

krб = 1.3 с–1.

4. Зарегистрированная с поверхности биологической ткани, обработанной

мазью Фотолон®, люминесценция молекулярного синглетного кислорода

позволит в дальнейшем контролировать процесс фотодинамической терапии

in vivo. Времена жизни синглетного состояния кислорода и триплетного

состояния

фотосенсибилизатора

в

исследуемых

образцах

составляют

5

Положения, выносимые на защиту

1. Хлорин е6 эффективно генерирует синглетный кислород как в

комплексе с полимером, входящим в состав мази, так и в свободном состоянии.

Компоненты, входящие в состав мазевой формы лекарственного препарата для

фотодинамической терапии Фотолон®, не оказывают существенного влияния на

фотофизические характеристики основного действующего агента – хлорина е6,

а также на эффективность фотосенсибилизированного им образования

синглетного кислорода.

2. Зависимость

излучательной

константы

скорости

люминесценции

молекулярного синглетного кислорода от диэлектрических свойств среды

обусловлена как собственными характеристиками излучающей молекулы, так и

свойствами внешней среды, которые определяют фактор локального поля и

плотность фотонных состояний.

3. Zn-замещенный

миоглобин

является

эффективным

фотосенсибилизатором синглетного кислорода. Внутри белковой матрицы

излучательная константа скорости люминесценции молекулярного синглетного

соответственно

Личный вклад соискателя ученой степени

Все основные результаты, представленные в диссертационной работе,

получены автором самостоятельно. Выбор темы исследования принадлежит

научному руководителю, доктору физико-математических наук, профессору

Б.М. Джагарову.

Абсорбционные стационарные измерения и определение показателей

преломления среды были выполнены и обработаны лично автором работы.

Измерения

методом

стационарной

люминесцентной

спектроскопии

проводились совместно с канд. физ.-мат. наук В.Н. Кнюкшто. Исследования

кинетических характеристик триплетных состояний сенсибилизаторов были

выполнены совместно с канд. физ.-мат. наук С.В. Лепешкевичем, синглетных

состояний

фотосенсибилизаторов

совместно

с

канд. физ.-мат.

наук

А.П. Ступаком.

Кинетические

измерения

по

изучению

люминесценции

молекулярного синглетного кислорода, а также исследования динамики и

= 1.9

0.7 мкс и

Δ

= 16.7

1.7 мкс.

Т

6

эффективности фотосенсибилизированного образования синглетного кислорода

хлорином е6 и Zn-замещенным миоглобином проводились совместно с

канд. физ.-мат. наук А.С. Сташевским, канд. физ.-мат. наук М.В. Пархоц и

канд. физ.-мат. наук

С.В. Лепешкевичем.

Кроме

того,

автором

лично

проводился анализ экспериментальных и литературных данных по влиянию

диэлектрических свойств среды на излучательную константу скорости

люминесценции молекулярного синглетного кислорода.

Лекарственная форма препарата Фотолон®, а также компоненты, входящие

в состав мазевой формы лекарства Фотолон®, предоставлены канд. техн. наук

Т.В. Трухачевой

(РУП

«Белмедпрепараты»).

Сотрудником

Института

биоорганической химии НАН Беларуси В.В. Бритиковым под руководством

доктора хим. наук, профессора С.А. Усанова были подготовлены образцы Zn-

замещенного миоглобина.

Апробация

диссертации

и

информация

об

использовании

ее

результатов

Основные результаты исследований, включенные в диссертацию, были

представлены на следующих научных конференциях и симпозиумах: VII

международная конференция «Лазерная физика и оптические технологии»

(Минск, 2008), Международная школа-конференция молодых учѐных и

специалистов «Современные проблемы физики» (Минск, 2010, 2012, 2014),

Международная

научная

конференция

«Молекулярные,

мембранные

и

клеточные основы функционирования биосистем» (Минск, 2010, 2012, 2014), I

международная

конференция

«Междисциплинарные

исследования

и

технологии

будущего»

(Минск,

2011),

VI

съезд

Российского

фотобиологического

общества

(п. Шепси,

Россия,

2011),

Молодежный

инновационный форум «Наука и бизнес – 2011» (Минск, 2011), II Научно-

практическая конференция молодых ученых РАН «Фундаментальная и

прикладная наука глазами молодых ученых. Успехи, перспективы и пути их

решения»

(Санкт – Петербург,

Россия,

2012),

Международная

научная

конференция

«Россия – Беларусь – Сколково:

единое

инновационное

пространство»

(Минск,

2012),

VII

Международная

научно-техническая

конференция «Медэлектроника – 2012» Средства медицинской электроники и

новые медицинские технологии (Минск, 2012), IV Конгресс физиков Беларуси

(Минск, 2013), 12-ая международная научно-техническая конференция «Наука

– образованию, производству, экономике» (Минск, 2014), Республиканская

научно-практическая конференция «Кислород и свободные радикалы» (Гродно,

2014).

7

Результаты исследований влияния вспомогательных компонентов мази

Фотолон® на активное вещество – хлорин е6 использовались при разработке

мазевой формы препарата Фотолон® на РУП «Белмедпрепараты». Имеется

справка

о

возможном

практическом

использовании

результатов

диссертационного исследования (Приложение А).

Опубликованность результатов диссертации

Результаты диссертации отражены в 23 публикациях: 4 статьях в научных

рецензируемых журналах (общий объем составляет 3,8 авторских листа), 16

статьях в материалах научных конференций и 3 тезисах докладов на научных

конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, обзорной

главы, четырѐх оригинальных глав (включая методику эксперимента),

заключения, списка использованных источников (163 наименования) и списка

работ

автора

(23

наименования).

Диссертация

содержит

93 страницы

машинописного

текста,

46

рисунков

на

22 страницах.

Общий

объем

диссертации составляет 136 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава содержит литературный обзор, посвященный открытию,

изучению физических свойств и роли молекулы кислорода в природных

окислительных реакциях и технологических процессах. Рассматривается

процесс фотосенсибилизированного образования и изучение спектрально-

кинетических характеристик люминесценции молекулярного синглетного

кислорода

(1О2).

В

работе

предложен

подход

для

учета

влияния

диэлектрических свойств среды на параметры люминесценции синглетного

кислорода, который включает в себя учет не только собственных квантово-

механических свойств молекулы, излучающей свет, но и плотность фотонных

состояний в ближней области вокруг молекулы–излучателя, а также форму

полости, занимаемой О2. Проведен анализ основных работ, посвященных

влиянию среды на излучательную константу скорости, на основании которого

становится очевидной необходимость исследования параметров излучения О2 в

различных средах, таких как: жидкость, клетки и биоткани (включая опухоль),

жидкость-полимер, а также биополимеры, такие как белки, ДНК.

1

1

8

Вторая глава является методической. В Разделе 2.1 приведены объекты

исследований и их структурные формулы, описана методика встраивания Zn -

протопорфирина IX в гемовый карман белка миоглобина. В Разделе 2.2 дано

описание экспериментальных установок для проведения стационарных и

кинетических

измерений

методом

абсорбционной

и

люминесцентной

спектроскопии.

Третья

глава

посвящена

исследованию

механизма

и

динамики

фотосенсибилизированного образования молекулярного синглетного кислорода

и фотофизических характеристик хлорина е6 в присутствии некоторых

вспомогательных компонентов мази Фотолон®: полимеры полиэтиленгликоли

(ПЭГ) с молярными массами 400 (ПЭГ400) и 1500 г/моль (ПЭГ1500) и

диметилсульфоксид (ДМСО). Массовые соотношения (W) в мази составляют:

Фотолон®:ДМСО=1:30,

Фотолон®:ПЭГ400=1:13, Фотолон®:ПЭГ1500=1:55.

Концентрация хлорина е6 во всех экспериментах оставалась постоянной и

составляла 0.015 мг/мл. Для исследований с полимерами использовали

хлорин е6 в чистом виде, с целью исключения дополнительного взаимодействия

между

полимером

поливинилпирролидоном,

входящим

в

состав

ФС

Фотолона®, и ПЭГ. Исследования проводились в буферном растворе при рН 8.5

и дистиллированной воде.

Увеличение массовой доли ДМСО в дистиллированной воде приводит к

изменению

формы

и

смещению

QX(0,0)-полосы

поглощения

ФС

в

длинноволновую

область

спектра.

Изменения

в

спектре

поглощения

наблюдаются при массовой доле ДМСО, в 30 раз превышающей его

содержание в составе мази. Исследования влияния ПЭГ400 на абсорбционные

характеристики хлорина е6 показали, что присутствие этого полимера в

растворе в массовом соотношении, в 10 раз превышающем соотношение в мази,

не приводит к существенному изменению спектров поглощения.

Для полимера ПЭГ1500 изменения спектральных характеристик ФС

наблюдаются уже при массовом соотношении, в 2 раза большем, чем

соотношение в мази. Для экспериментов использовали различные соотношения

по массе (Wп) между хлорином е6 и ПЭГ1500. Увеличение концентрации

полимера приводит к длинноволновому смещению максимума QX(0,0)-полосы

на 6 нм в спектрах поглощения и флуоресценции хлорина е6. При массовом

соотношении Wп 150 дальнейшие изменения спектральных характеристик

фотосенсибилизатора не наблюдаются, следовательно, все молекулы хлорина е6

связались с полимером. В результате образования комплекса, квантовый выход

флуоресценции увеличивается (γфл=0.18 ÷0.22), при этом время жизни

синглетного состояния ФС остается постоянным в пределах погрешности

измерений (τфл=4.5 ± 0.2 нс). В свою очередь, абсорбционные кинетические

9

измерения показали, что время жизни триплетного состояния хлорина е6

увеличивается по мере роста концентрации полимера (τT = 1.9 ÷ 3.5 мкс).

В

результате

кинетических

люминесцентных

измерений

было

установлено, что хлорин е6 фотосенсибилизированным образом генерирует

синглетный кислород в комплексе с полимером, также как и в свободном

состоянии. В присутствии полимера время жизни синглетного кислорода не

изменяется и примерно совпадает со временем жизни триплетного состояния

ФС при максимальной концентрации полимера в растворителе. Наличие

ПЭГ1500 в растворе приводит к увеличению времени жизни триплетного

состояния фотосенсибилизатора в интервале τT = 1.9 ÷ 3.5 мкс, время жизни

синглетного состояния кислорода τΔ остается постоянным и составляет

величину 3.6 мкс.

Анализ люминесцентных измерений показал, что происходит рост сигнала

люминесценции синглетного кислорода. Однако следует заметить, что рост

сигнала

может

быть

обусловлен

двумя

факторами:

1)

увеличением

эффективности фотосенсибилизированного образования синглетного кислорода

хлорином е6 в комплексе с полимером; 2) ростом излучательной константы

скорости перехода ag→Xg- в молекуле кислорода. Таким образом, возникла

задача определения влияния окружающей среды в усилении ag→X g-

перехода.

В Разделе 3.3 представлены исследования, посвященные регистрации

сигнала люминесценции синглетного кислорода в условиях близких к in vivo,

т.е. с поверхности образцов биоткани

мышей,

обработанных

мазью

для

фотодинамической терапии Фотолон®. В

результате

аппроксимации

кинетики

люминесценции 1О2, зарегистрированной

из

образца

ткани

(Рисунок 1),

полученные времена жизни составили

Рисунок 1. – Кинетика

люминесценции синглетного

кислорода, зарегистрированная с

поверхности образца ткани мыши,

обработанной мазью Фотолон®

В биологической ткани, состоящей

на 90% из воды и содержащей большое

количество

тушителей

синглетного

кислорода, время жизни O2 не может

составлять величину более 3.6 мкс. Итак, полученное время

В

Четвертой

главе

рассматривается

влияние

окружающей

диэлектрической среды на спонтанное излучение молекулярного синглетного

кислорода. Исследования проводились в наборе органических растворителей с

= 1.9

0.7 мкс и

1

= 16.7

1.7 мкс.

2

1

мы относим к

,

1

.

T

а

, соответственно, к

2

D2O

1.328

0.11

0.16

H2O

1.333

0.11

0.16

метанол

1.334

0.29

0.42

ацетонитрил

1.345

0.34

0.49

ацетон

1.359

0.39

0.56

этанол

1.364

0.35

0.50

2-пропанол

1.378

0.34

0.49

толуол-ацетон (1/4)

1.386

0.50

0.72

n-гептан

1.389

0.50

0.72

толуол-ацетон (2/3)

1.415

0.62

0.89

1,4-диоксан

1.424

0.43

0.62

циклогексан

1.428

0.43

0.62

толуол-ацетон (3/2)

1.444

0.74

1.07

толуол-ацетон (4/1)

1.473

0.88

1.27

толуол

1.497

1.00

1.44*

бензол

1.503

1.06

1.53

йодэтан

1.515

1.10

1.58

бензонитрил

1.529

1.10

1.58

1.09

0.06

0.39

3.26

2.91

0.64

1.06

3.27

2.15

3.61

1.74

1.35

3.78

3.97

4.26

1.26

68

1.45

3.8

3.32

9.5

4.48

68

6.39

53

5.11

13

7.29

22.1

7.19

46

13.61

30.3

1.8

1.8

0.36

0.25

0.28

0.45

0.27

0.27

0.22

0.27

0.49

0.22

0.28

0.29

0.31

0.31

0.34

0.62

10

постепенно меняющимся показателем преломления среды, а также в бинарных

смесях толуол-ацетон (Таблица 1). В качестве соединения-эталона выступал

мезопорфирин

IX

диметиловый

эфир

(МП)

с

квантовым

выходом

фотосенсибилизированного образования синглетного кислорода γΔ= 0.75 ± 0.10.

МП использовали в ацетонитриле, ацетоне, бинарных смесях толуол-ацетон,

толуоле, 1,4-диоксане, бензоле, 2-пропаноле, циклогексане и йодэтане. В

водных растворах, дейтерированной воде, метаноле, ацетонитриле и этаноле

использовали TMPyP4+ (γΔ = 0.77 ± 0.03).

Таблица 1. – Относительные (krотн) и абсолютные (krаХ) константы скоростей и квантовый

выход люминесценции (γL) O2, молекулярная поляризуемость (α) растворителя, времена

жизни O2 (τΔ) и триплетного состояния фотосенсибилизатора (τT)

Растворитель

n

krотн

krаХ, с-1

γL, ∙10-5

α•10-24, cm3

τΔ, мкс

τT, мкс

8.09

10.0

10.935

9.14

10.36

11.8

41

26.7

22.2

36

32

30

30.9

44.6

21.5

4.7

10.35

6.96

10.0

3.35

12.5

Излучательная константа скорости люминесценции О2 (ag) в среде

зависит от плотности фотонных состояний, в которой молекула излучает, и от

действия локального поля на месте молекулы-излучателя и выражается

следующим образом:

(1)

где f(n) – фактор локального поля, равный отношению напряженности

локального поля к напряженности макроскопического электромагнитного поля;

μ – дипольный момент перехода в О2. Для учета влияния диэлектрических

свойств среды использовали модель Лоренца и Глаубера-Левенштейна.

1

1

1

Рисунок 2. – Зависимость

относительной излучательной

константы скорости krотн от

показателя преломления среды

Рисунок 3. – Нормированные кинетики

люминесценции синглетного кислорода

фотосенсибилизированного МП в толуоле

и TMPyP4+ в этаноле, метаноле, Н2О

Относительная константа скорости спонтанного испускания хорошо

коррелирует с линейной зависимостью от n (Рисунок 2). Величина kr в

нормальной и тяжелой воде значительно меньше, чем в метаноле, несмотря на

близкие значения показателей преломления этих растворителей (Рисунок 3).

Относительная константа скорости также линейно коррелирует с

произведением

для каждой модели полости. Константа скорости kr (см.

выражение 1) пропорциональна квадрату дипольного момента (μ2) перехода

ag→Xg- в среде (μ μ0), который, в свою очередь, как мы предполагаем,

зависит от величины поляризуемости среды (Р). Следовательно,

. При

столкновении О2 с молекулой растворителя, константа скорости kr перехода

ag→Xg-

возрастает пропорционально увеличению константы скорости

перехода bg+→ ag, который в свою очередь зависит от молекулярной

поляризуемости (α) (Минаев, 1985). Таким образом, помимо учета формы

занимаемой полости необходимо провести оценку зависимости излучательной

константы скорости перехода ag→Xg- от α. В работе Минаева было

высказано предположение, что дипольный момент перехода ag→Xg-

определяется поляризуемостью среды, следовательно, он также определяется

11

Значение

относительной

излучательной

константы

скорости

(krотн)

перехода ag→Xg- в молекуле кислорода получено путем соотношения

параметров люминесценции исследуемого растворителя с эталонным:

где а и аэт – линейные коэффициенты зависимости регистрируемого сигнала

люминесценции от энергии возбуждения для растворителя и эталона

соответственно.

1

12

молекулярной поляризуемостью молекул растворителя. Таким образом, kr ~ α2.

Следует ожидать, что, с учетом свойств внешней среды, зависимость

излучательной константы скорости от квадрата молекулярной поляризуемости

среды должна носить линейный характер. Как видно из графиков зависимости,

данные

в

воде,

дейтерированной

воде,

изо-пропаноле,

1,4-диоксане,

циклогексане и n-гептане отклоняются от общей зависимости (на Рисунке 4

обозначены ▲). Для этих растворителей, за исключением воды, на

излучательную константу скорости kr оказывает влияние размер молекул

растворителя. Точки на графике зависимости, которые находятся в линейной

зависимости от α2, подчиняются теории Минаева, то есть, имеет место

взаимодействие одной молекулы О2 с одной молекулой растворителя. Для

точек, выпадающих из общего массива данных, взаимодействие носит более

сложный характер и, следовательно, необходимо учитывать весь ансамбль

взаимодействующих друг с другом молекул растворителя, которые окружают

молекулу синглетного кислорода.

а - виртуальная модель, б - реальная модель

Рисунок 4. – Зависимость относительных констант скоростей krотн, деленных на

произведение

, для двух моделей полостей от квадрата молекулярной

поляризуемости молекул растворителя α2

В Разделе 4.3 рассматривается влияние ПЭГ1500 на излучательную

константу

скорости

kr

в

молекуле

кислорода.

Анализ

совокупности

спектральных данных указывает на то, что наличие в растворе полимера не

влияет на квантовый выход γΔ. Таким образом, рост амплитуды сигнала

люминесценции

константы скорости kr. Таким образом, значения kr хорошо коррелируют как с

линейной функцией от показателя преломления среды n, так и с квадратом

поляризуемости среды Р2. Установлено, что увеличение концентрации

полимера в растворе приводит к увеличению показателя преломления среды и

изменению

ближайшего

окружения

молекулы

синглетного

кислорода.

1

1

O2 обусловлен в основном увеличением излучательной

13

Следовательно, это приводит к увеличению константы скорости kr, поскольку

имеют место столкновения не только с молекулами растворителя, но также с

молекулами полимера, что и приводит к усилению люминесценции O2.

В Пятой главе представлены результаты изучения

динамики и

эффективности

фотосенсибилизированного

образования

молекулярного

синглетного кислорода и его люминесцентные свойства в белковой матрице.

Исследования фотофизических характеристик Zn-Mb показали, что увеличение

концентрации

протонов

в

растворе

приводит

к

незначительному

коротковолновому смещению (~ 2 нм) спектров поглощения и флуоресценции.

Квантовый

выход

флуоресценции

(γфл = 0.031

0.002),

время

жизни

синглетного

состояния

(

= 2.3

0.1 нс)

и

триплетного

состояния

(

= 24

2 мкс) Zn-Mb не зависят от рН раствора. Квантовый выход

образования триплетного состояния (γT) Zn-Mb принят равным γT мономерного

состояния фотосенсибилизатора Zn-ПП (γT = 0.90

0.05). Соответственно,

квантовый выход γΔ составляет 0.9 и равен квантовому выходу образования

триплетного состояния Zn-Mb.

Таким образом, каждое столкновение молекулярного кислорода O2 с

триплетными молекулами Zn-ПП приводит к образованию O2 внутри белковой

матрицы. Далее могут происходить следующие процессы. Во-первых,

синглетный кислород может испустить свет на длине волны 1270 нм (krб) или

безызлучательно дезактивироваться внутри белковой матрицы сталкиваясь с

молекулами-тушителями (knrб): Zn-ПП или аминокислотными остатками белка.

Во-вторых, синглетный кислород может выходить из белка (kвых), и уже потом

испускать свет (krр) или безызлучательно дезактивироваться, сталкиваясь с

молекулами растворителя (knrр), а также с расположенными на поверхности

белка аминокислотами (kар).

Для

корректной

аппроксимации

кинетики

люминесценции

необходимо ввести функцию (2),

которая

бы

включала

в

себя

кинетические

параметры

люминесценции

гомогенном растворителе, так и

внутри

белковой

матрицы

миоглобина. Константы скорости

дезактивации,

входящие

в

выражение

(2),

триплетного

состояния Zn-ПП ( ), синглетного

Рисунок 5. – Кинетика люминесценции

синглетного кислорода,

фотосенсибилизированного Zn-

замещенным миоглобином в буфере при

рH 7.4

1

фл

T

3

1

1

O2

(Рисунок 5),

1

O2

как

в

1

pH

7.4

41 ± 1

315 ± 10

10.8 ± 1.3

1.2 ± 0.3

7.5 ± 1.7

0.9 ± 0.1

4.9

42 ± 1

300 ± 10

11.3 ± 1.7

1.4 ± 0.3

8.7 ± 2.1

0.9 ± 0.1

Величина

- коэффициент пропорциональности между излучательной

константой скорости синглетного кислорода внутри белка и в окружающей

среде. Полученное с использованием экспериментальных данных среднее

значение составило 8.1

1.3. Как было определено ранее, константа скорости kr

в воде равна 0.16 с–1 (Таблица 1). Таким образом, излучательная константа

скорости синглетного кислорода внутри белка: krб = krр = 1.3

0.2 с–1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты диссертации

1.

Установлено, что наблюдаемые зависимости величины kr от

диэлектрических

свойств

среды

обусловлены

как

собственными

характеристиками излучающей молекулы, так и свойствами внешней среды,

которая определяет фактор локального поля и плотность фотонных состояний.

Учет этих факторов приводит к корреляции излучательной константы скорости

в исследуемом ряду растворителей с величиной поляризуемости растворителя

14

состояния кислорода в среде ( ) и внутри белка ( ) представлены в Таблице 2.

,

(2)

где

Таблица 2.– Параметры люминесценции синглетного кислорода в растворителе и в белке,

фотосенсибилизированного Zn-Mb, константа скорости дезактивации триплетного состояния

Zn-ПП

(мс–1)

1,

2

3

(мс–1)

2,

(мкс–1)

krб, (с–1)

3,

15

квадратом поляризуемости Р2, а также с квадратом

молекулярной поляризуемости α2 [2, 3, 5, 10, 14, 15, 17, 19, 21].

2.

Обнаружено, что полиэтиленгликоль (ПЭГ1500) образует комплекс

с хлорином е6 в водном растворе, при этом наблюдается длинноволновое

смещение полос поглощения и флуоресценции фотосенсибилизатора. Время

жизни возбужденного синглетного состояния остается постоянным в пределах

погрешности измерений, в свою очередь, квантовый выход флуоресценции

незначительно увеличивается, при этом время жизни триплетного состояния

сенсибилизатора возрастает в 1.8 раза. Указанные изменения необходимо

учитывать при проведении сеансов фотодинамической терапии, однако они, по-

видимому, не будут приводить к значительному изменению фотодинамической

активности препарата [1, 6, 7, 8].

3.

Установлено, что хлорин е6 генерирует синглетный кислород в

комплексе с полимером (ПЭГ1500), также как и в свободном состоянии. Время

жизни синглетного кислорода не изменяется в присутствии полиэтиленгликоля.

При этом наблюдается увеличение интегральной интенсивности сигнала

люминесценции O2 в 1.8 раза с ростом концентрации полимера в растворителе,

что обусловлено, в основном, увеличением излучательной константы скорости

kr перехода agX 3Σ-g [1, 6, 7, 8, 18].

4.

Установлено, что диметилсульфоксид и полиэтиленгликоль с

молярной массой 400 г/моль в концентрациях, сопоставимых с их содержанием

в составе мазевой формы препарата Фотолон®, не приводят к заметным

изменениям спектральных характеристик хлорина е6 [1].

5.

Впервые зарегистрирована люминесценция синглетного кислорода

с

поверхности

биологической

ткани,

обработанной

мазью

Фотолон®,

используемой для лечения наружных онкологических заболеваний, что

позволит в дальнейшем контролировать процесс ФДТ in vivo [1, 12, 13, 22].

6.

Увеличение концентрации протонов в растворе приводит к

незначительному коротковолновому смещению спектров поглощения и

флуоресценции, в свою очередь, время жизни возбужденного синглетного

состояния Zn-замещенного миоглобина и квантовый выход флуоресценции не

зависят от изменения рН раствора и составляют соответственно τфл=2.3

0.1 нс

и γфл=0.031

0.002 [4, 8, 10, 11].

7.

Установлено, что время жизни триплетного состояния Zn-

замещенного миоглобина является постоянным и равным

при pH 7.4, так и при рН 4.9. Таким образом, константа скорости дезактивации

триплетного состояния ФС, определенная как kT1 =1/, равна (42

3) 103 с–1.

Соответственно, бимолекулярная константа скорости тушения молекулярным

1

= 24

2мкс, как

T

T

16

кислородом Zn-замещенного миоглобина kqб = (1.4

0.1) 108 M–1

19].

8.

Zn-замещенный

миоглобин

является

эффективным

фотосенсибилизатором

синглетного

кислорода.

Отношение

между

излучательной константой скорости первого порядка O2 внутри белка krб и в

окружающей среде krр равно

= 8.1

1.3. Полученное значение излучательной

константы скорости первого порядка krб было найдено равным 1.3

0.2 с–1 [4, 9,

11, 16, 19, 20, 23].

Рекомендации по практическому использованию результатов

Установление

взаимосвязи

излучательной

константы

скорости

спонтанного испускания молекулярного синглетного кислорода и оптических

свойств различных диэлектрических сред позволит определять локальную

концентрацию

синглетного

кислорода

в

сложных

неоднородных

и

малоразмерных системах с различными и меняющимися диэлектрическими

свойствами.

В

перспективе,

особое

внимание

необходимо

уделять

установлению влияния граничных условий на люминесценцию синглетного

кислорода вблизи поверхности биополимеров и внутри белковых и ДНК-

матриц. Теория этого явления привлекает большое внимание, т.к. затрагивает

не только фундаментальные основы физики, но и является актуальной в связи с

активным изучением и широким применением низкоразмерных оптических

материалов и фотонных кристаллов.

Вспомогательные

компоненты,

входящие

в

состав

мази

для

фотодинамической

терапии

Фотолон®

не

оказывают

влияние

на

фотофизические характеристики действующего агента – фотосенсибилизатора

хлорина е6, а также на эффективность фотосенсибилизированного порфирином

образования синглетного кислорода. Проведенные исследования показали, что

мазевая форма лекарственного препарата Фотолон® является перспективным

средством для лечения онкологических заболеваний наружной локализации

методом ФДТ.

Возможность регистрации люминесценции синглетного кислорода с

поверхности биологической ткани позволит в перспективе выработать

оптимальную методику для проведения сеансов фотодинамической терапии,

поскольку

эффективность

фотодинамической

деструкции

опухолей,

определяется эффективностью генерации синглетного кислорода, которая

сильно зависит от концентрации молекулярного кислорода в опухолевой ткани.

с

–1

[4, 11, 16,

1

V.V. Britikov, E.S. Jarnikova, S.A. Usanov, B.M. Dzhagarov // The Journal

Physical Chemistry A.– 2014.– V. 118, № 10.– P.1864 – 1878.

Материалы конференций

of

17

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СОИСКАТЕЛЯ

Статьи в научных журналах

1.

Динамика фотосенсибилизированного

образования синглетного

кислорода и фотофизические

характеристики хлорина е6 в составе мази

«Фотолон» / М.В. Пархоц, В.А. Галиевский, Е.С. Жарникова, В.Н. Кнюкшто,

С.В. Лепешкевич, А.С. Сташевский, Т.В. Трухачева, Б.М. Джагаров // Журн.

Прикл. Спектр.– 2011.– Т. 78, № 1.– С.299 – 306.

2.

Влияние диэлектрических свойств среды на спонтанное излучение

молекулярного синглетного кислорода / Б.М. Джагаров, Е.С. Жарникова, А.С.

Сташевский, В.А. Галиевский, М.В. Пархоц // Журн. Прикл. Спектр.– 2012.–

Т. 79, № 6.– С. 869 – 874.

3.

Dependence of the spontaneous emission of singlet oxygen on the

refractive index and molecular polarizability of the surrounding dielectric media /

B.M. Dzhagarov, E.S. Jarnikova, M.V. Parkhats, A.S. Stasheuski // Optics and

spectroscopy.– 2014.– Т. 116, № 6.– С.1003 – 1008.

4.

Photosensitized singlet oxygen luminescence from the protein matrix of

Zn-substituted myoglobin / S.V. Lepeshkevich, M.V. Parkhats, A.S. Stasheuski,

5.

Лазерная флуорометрия молекулярного синглетного кислорода:

динамика и эффективность фотосенсибилизированного образования

О2 в

водных

растворах

/

М.В. Пархоц,

В.А. Галиевский,

Е.С. Жарникова,

А.С. Сташевский // Лазерная физика и оптические технологии: сб. науч. тр. VII

междун. конф., Минск, 17-19 июня 2008 г.: / Инст. физ. им. Б.И. Степанова

НАН Беларуси; редкол.: Н.С. Казак [и др.].– Минск, 2008.– Т. 1.– С. 462 – 465.

6.

Возбужденные электронные состояния хлорина е6 и эффективность

фотосенсибилизированного образования синглетного кислорода в присутствии

полиэтиленгликоля

/

М.В. Пархоц,

Е.С. Жарникова,

С.В. Лепешкевич,

А.С. Сташевский // Современные проблемы физики – 2010: сб. науч. тр.

междунар. школы-конф. молодых учѐных и специалистов, Минск, 9-11 июня

2010 г.: / Инст. физ. им.Б.И. Степанова НАН Беларуси; редкол.: В.В. Машко,

В.З. Зубелевич, А.В. Буцень.- Минск, 2010.– С. 257 – 261.

7.

Влияние полиэтиленгликоля на фотофизические характеристики и

фотосенсибилизированное образование синглетного кислорода хлорином е6 /

М.В. Пархоц,

В.А. Галиевский,

Е.С. Жарникова,

С.В. Лепешкевич,

1

18

А.С. Сташевский, Т.В. Трухачева // Молекулярные, мембранные и клеточные

основы функционирования биосистем: сб. статей IX междун. науч. конф.,

Минск, 23-25 июня 2010 г.: в 2 ч. /Белорус. гос. ун-т, Инст. биоф. и клет. инжен.

НАН Беларуси, Белорус. общ. объед. фотобиол. и биофиз.; редкол.:

И.Д. Волотовский (пред.), С.Н. Черенкевич (зам. пред.) [и др.].– Минск, 2010.–

Ч. 2.– С. 267 – 269.

8.

Жарникова, Е.С.

Динамика

и

эффективность

фотосенсибилизированного образования синглетного кислорода хлорином е6 в

ДМСО и в комплексе с полиэтиленгликолем / Е.С. Жарникова, М.В. Пархоц,

С.В. Лепешкевич // VI съезд Российского фотобиологического общества: сб.

науч. тр., п. Шепси, 15-22 сентября 2011 г.: / Институт фундаментальных

проблем биологии РАН, РФО; отв.ред.: И.И. Проскуряков.– Москва, 2011.– С.

160.

9.

Фотофизические свойства Zn-протопорфирина IX, встроенного в

гемовый

карман

миоглобина.

Фотосенсибилизированное

образование

синглетного кислорода / Е.С. Жарникова, М.В. Пархоц, С.В. Лепешкевич,

А.С. Сташевский // Современные проблемы физики – 2012: сб. науч. тр.

междунар. школы-конф. молодых учѐных и специалистов, Минск, 13-15 июня

2012 г.: / Инст. физ. им. Б.И. Степанова НАН Беларуси; редкол.: Н.С. Казак [и

др.].– Минск, 2012.– С. 31 – 36.

10.

Современные направления изучения люминесценции синглетного

кислорода / А.С. Сташевский, М.В. Пархоц, Е.С. Жарникова, В.А. Галиевский //

Современные проблемы физики – 2012: сб. науч. тр. междунар. школы-конф.

молодых

учѐных

и

специалистов,

Минск,

13-15

июня

2012

г.:

/

Инст. физ. им. Б.И. Степанова НАН Беларуси; редкол.: Н.С. Казак [и др.].–

Минск, 2012.– С. 209 – 213.

11.

Фотофизические

характеристики

и

фотосенсибилизированное

образование

синглетного

кислорода

Zn-замещенным

миоглобином

/

С.В. Лепешкевич,

А.С. Сташевский,

Е.С. Жарникова,

М.В. Пархоц,

В.В. Бритиков, А.В. Янцевич, С.А. Усанов, Б.М. Джагаров // Молекулярные,

мембранные и клеточные основы функционирования биосистем: сб. статей IX

междун. науч. конф., Минск, 19-21 июня 2012 г.: в 2 ч. / Белорус. гос. ун-т,

Инст. биоф. и клет. инжен. НАН Беларуси, Белорус. общ. объед. фотобиол. и

биофиз.; редкол.: И.Д. Волотовский, С.Н. Черенкевич [и др.].– Минск, 2012.–

Ч. 1.– С. 331 – 334.

12.

Лазерная дозиметрия синглетного кислорода

во время

сеансов

фотодинамической терапии / Б.М. Джагаров, Е.С. Жарникова, Ю.П. Истомин,

М.В. Пархоц, А.С. Сташевский // Сборник научных статей VII международной

19

научно-технической конференции «Медэлектроника-2012», Минск, 13-14

декабря 2012. Минск: БГУИР, 2012.– С.156 – 158.

13.

Жарникова, Е.С. Исследование новых форм сенсибилизаторов для

фотодинамической

терапии

/

Е.С. Жарникова

//

Материалы

12-ой

международной научно-технической конференции «Наука – образованию,

производству, экономике», Минск, 23-24 апреля 2014 г., Минск, 2014.– С. 453.

14.

Жарникова, Е.С. Влияние микроокружения на оптические переходы

в молекуле кислорода / Е.С. Жарникова, Б.М. Джагаров // Материалы 12-ой

международной научно-технической конференции «Наука – образованию,

производству, экономике», Минск, 23-24 апреля 2014 г., Минск, 2014.– С. 452.

15.

Жарникова, Е.С. Влияние диэлектрических свойств среды на

излучательную

и

безызлучательную

константы

скорости

дезактивации

синглетного кислорода в жидких растворах / Е.С. Жарникова, А.С. Сташевский,

М.В. Пархоц // Сборник научных трудов IV Конгресса физиков Беларуси,

Минск, 24-26 апреля 2013 г.; / редкол.: С.Я. Килин [гл. ред.].– Минск: Ковчег,

2013.– С. 333 – 334.

16.

Фотосенсибилизированная люминесценция синглетного кислорода

в

матрице

цинк-замещенного

миоглобина

/

С.В.

Лепешкевич,

М.В. Пархоц, А.С. Сташевский, Е.С. Жарникова, В.В. Бритиков, С.А. Усанов,

Б.М.

Джагаров

//

Кислород

и

свободные

радикалы:

материалы

Республиканской научно-практической

конференции

/

под

ред.

В.В.

Зинчука.– Гродно: ГрГМУ, 14 мая 2014 г.– С.120 – 124.

17.

Жарникова, Е.С. Излучательная и безызлучательная константы

скорости дезактивации синглетного кислорода в воде и органических

растворителях / Е.С. Жарникова, А.С. Сташевский, М.В. Пархоц //

Современные проблемы физики – 2014: сб. науч. тр. междунар. школы-конф.

молодых учѐных и специалистов, Минск, 11-13 июня 2014 г.: / Инст. физ.

им. Б.И. Степанова НАН Беларуси; редкол.: Н.С. Казак [и др.].- Минск, 2014.–

С. 130 – 135.

18.

Жарникова, Е.С. Влияние полиэтиленгликоля на излучательную

константу скорости люминесценции синглетного кислорода / Е.С. Жарникова,

Б.М. Джагаров, М.В. Пархоц // Молекулярные, мембранные и клеточные

основы функционирования биосистем: сб. статей IX междун. науч. конф.,

Минск, 17-20 июня 2014 г.: в 2 т. / Белорус. гос. ун-т, Инст. биоф. и клет.

инжен. НАН Беларуси, Белорус. общ. объед. фотобиол. и биофиз.; редкол.:

И.Д. Волотовский, С.Н. Черенкевич [и др.].- Минск, 2014.- Т. 1.– С. 60 – 62.

19.

Излучательная и безызлучательная дезактивации молекулярного

синглетного кислорода в органических и неорганических растворителях / Е.С.

Жарникова, А.С. Сташевский, М.В. Пархоц, Б.М. Джагаров // Молекулярные,

20

мембранные и клеточные основы функционирования биосистем: сб. статей IX

междун. науч. конф., Минск, 17-20 июня 2014 г.: в 2 т. / Белорус. гос. ун-т,

Инст. биоф. и клет. инжен. НАН Беларуси, Белорус. общ. объед. фотобиол. и

биофиз.; редкол.: И.Д.Волотовский, С.Н. Черенкевич [и др.].– Минск, 2014.– Т.

1.– С. 63 – 66.

20.

Люминесценция синглетного кислорода в матрице Zn-замещенного

миоглобина

/

С.В. Лепешкевич,

М.В. Пархоц,

А.С. Сташевский,

Е.С. Жарникова, В.В. Бритиков, С.А. Усанов, Б.М. Джагаров // Молекулярные,

мембранные и клеточные основы функционирования биосистем: сб. статей IX

междун. науч. конф., Минск, 17-20 июня 2014 г.: в 2 т. /Белорус. гос. ун-т, Инст.

биоф. и клет. инжен. НАН Беларуси, Белорус. общ. объед. фотобиол. и биофиз.;

редкол.: И.Д.Волотовский, С.Н. Черенкевич [и др.].– Минск,

2014.– Т. 1.–

С. 81 – 83.

Тезисы докладов

21.

Спонтанное испускание света молекулярным кислородом: влияние

среды, граничных условий и фазового состояния / Б.М. Джагаров, М.В. Пархоц,

В.А. Галиевский,

А.С. Сташевский,

Е.С. Жарникова,

С.В. Лепешкевич

//

Междисциплинарные исследования и технологии будущего: сб. тезисов I

междунар. конф., Минск, 16-18 мая 2011 г.: / Инст. физ. им Б.И. Степанова

НАН Беларуси; редкол.: Н.С. Казак [и др.].– Минск, 2011.– С. 8.

22.

Жарникова, Е.С. Лазерный дозиметр синглетного кислорода в

биологических тканях / Е.С. Жарникова, А.С. Сташевский, М.В. Пархоц //

Фундаментальная и прикладная наука глазами молодых ученых. Успехи,

перспективы и пути их решения: сб. тезисов II Научно-практической

конференции молодых ученых РАН, Санкт-Петербург, 28-30 мая 2012 г.: / РАН;

редкол.: Н.Г. Тюрнина [и др.].- Санкт-Петербург, 2012.– С. 12 – 14.

23.

Лазерная люминесцентная дозиметрия синглетного кислорода в

экспериментальной

онкологии

/

Б.М. Джагаров,

В.А. Галиевский,

Е.С. Жарникова,

Ю.П. Истомин,

С.В. Лепешкевич,

А.Ю. Панарин,

М.В. Пархоц,

А.С. Сташевский

//

Россия-Беларусь-Сколково:

единое

инновационное пространство: сб. тезисов междунар. науч. конф., Минск, 19

сентября 2012 г.; / Нац.акад.наук Беларуси; НКО Фонд развития центра

разработки и коммерциализации новых технологий (Фонд «Сколково»);

редкол.: С.Я. Килин [и др.].– Минск, 2012.– С. 50.

21

РЭЗЮМЕ

Жарнiкава Кацярына Сяргееўна

Спантаннае выспусканне святла малекулярным сiнглетным кiслародом

О2 (1Δg) у дыэлектрычных асяроддзях

Ключавыя

словы:

сiнглетны

кісларод,

люмінесцэнцыя,

фотасенсібілізатар, Фаталон®, поліэтыленгліколь, выпраменьвальная канстанта

хуткасці, паказчык праламлення, Zn-замяшчэнне міяглабінам.

Мэта працы: правесці ўлік уплыву асяроддзя і ўстанавіць параметры

люмінесцэнцыі

малекулярнага

сінглетнага

кіслароду,

атрыманага

фотасенсібілізаваным

шляхам,

у

розных

асяроддзях,

ад

гамагенных

растваральнікаў да складаных біаабъектаў.

Метады даследвання:

стацыянарная і кінэтычная абсарбцыйныя і

флюарэсцэнтная спектраскапія

Атрыманыя вынiкi i iх навiзна. У выніку дысертацыйнай працы

атрыманы прынцыпова новыя вынікі, звязаныя з усталяваннем уплыву

дыэлектрычных

уласцівасцяў

асяроддзя

на

верагоднасць

спантанага

выпускання

О2 (1Δg), як у аднародных,

так і ў складаных сістэмах з

змяняльнымі параметрамі, такіх як бялкі. Было прапанавана, у якасці мадэльнай

сістэмы, выкарыстоўваць Zn-замяшчэнне міяглабінам для вывучэння працэсу

фотасенсібілізаванага атрымання малекулярнага сінглетнага кіслароду і яго

люмінесцэнтных уласцівасцяў унутры бялковай матрыцы. Упершыню ў

даследчай практыцы для атрымання сігналу люмінесцэнцыі сінглетнага

кіслароду з паверхні біялагічнай тканіны была выкарыстана мазь Фаталон®, у

склад якой уваходзіць фотасенсібілізатар сінглетнага кіслароду – хларын е6.

Рэкамендацыi па выкарыстанню. Усталяванне ўплыву аптычных

уласцівасцяў розных дыэлектрычных асяроддзяў на выпраменьвальную

канстанту

хуткасці

спантанага

выпускання

малекулярнага

сінглетнага

кіслароду дазволіць вызначаць лакальную канцэнтрацыю сінглетнага кіслароду

ў складаных неаднародных і малапамерных сістэмах з рознымі і змяняльнымі

дыэлектрычнымі ўласцівасцямі.

Праведзеныя даследаванні паказалі, што

выкарыстанне мазевай формы лекавага прэпарата Фаталон® з'яўляецца

перспектыўным для лячэння анкалагічных захворванняў вонкавай лакалізацыі

метадам

фотодынамічнай

тэрапіі.

Атрыманыя

даныя

люмінесцэнцыі

сінглетнага кіслароду з паверхні біялагічнай тканіны дазволяць выпрацаваць

аптымальную методыку для правядзення сеансаў фотадынамічнай тэрапіі.

Галiна

выкарыстання:

медыцына, малекулярная біяфізіка, фізіка

цвѐрдага цела.

1

22

РЕЗЮМЕ

Жарникова Екатерина Сергеевна

Спонтанное испускание света молекулярным синглетным кислородом

О2 (1Δg) в диэлектрических средах

Ключевые

слова:

синглетный

кислород,

люминесценция,

фотосенсибилизатор, Фотолон®, полиэтиленгликоль, излучательная константа

скорости, показатель преломления, Zn-замещенный миоглобин.

Цель работы: провести учет влияния среды и установить параметры

люминесценции

молекулярного

синглетного

кислорода,

образованного

фотосенсибилизированным путем, в различных средах, от

гомогенных

растворителей до сложных биообъектов.

Методы исследований: стационарная и кинетическая абсорбционная и

люминесцентная спектроскопия.

Полученные результаты и их новизна. В результате диссертационной

работы

получены

принципиально

новые

результаты,

связанные

с

установлением влияния диэлектрических свойств среды на константу скорости

люминесценции О2 (1Δg), как в однородных, так и в сложных системах с

изменяющимися параметрами, таких как белки. Было предложено, в качестве

модельной системы, использовать Zn-замещенный миоглобин для изучения

процесса фотосенсибилизированного образования молекулярного синглетного

кислорода и его люминесцентных свойств внутри белковой матрицы. Впервые

в исследовательской практике для получения сигнала люминесценции

синглетного кислорода с поверхности биологической ткани была использована

мазь Фотолон®, в состав которой входит фотосенсибилизатор O2 – хлорин е6.

Рекомендации по использованию. Установление влияния оптических

свойств различных диэлектрических сред на излучательную константу

скорости спонтанного испускания молекулярного синглетного кислорода

позволит определять локальную концентрацию синглетного кислорода в

сложных неоднородных и

малоразмерных

системах с различными и

меняющимися диэлектрическими свойствами. Проведенные исследования

показали, что использование мазевой формы лекарственного препарата

Фотолон® является перспективным для лечения онкологических заболеваний

наружной локализации методом фотодинамической терапии. Полученные

данные люминесценции синглетного кислорода с поверхности биологической

ткани позволят выработать оптимальную методику для проведения сеансов

фотодинамической терапии.

Область применения: медицина, молекулярная биофизика, физика

твердого тела.

1

1

polyethylene glycol,

myoglobin

radiative rate constant, refractive index, Zn-substituted

Purpose of research: analyze the influence of an environment and establish the

parameters of luminescence of photosensitized molecular singlet oxygen in a variety

of environments, from the homogeneous solvents to complex biological objects.

Methods of research: spectrophotometry and luminescent spectroscopy, laser

kinetic spectroscopy.

Obtained results and their novelty: The thesis presents a fundamentally new

results in establishing impact of various dielectric properties of the medium on the

radiative rate constant of spontaneous emission of

O2 (1Δg). The results are

applicable to homogeneous systems and complex systems with varying parameters,

such as proteins. Zn-substituted myoglobin was proposed as the model for the study

of photosensitized formation and luminescent properties of singlet oxygen in the

protein matrix. For the first time in research practice the ointment Fotolon®, which

includes a photosensitizer – chlorin e6, was used for detection of the luminescence

signal of singlet oxygen from the surface of the biological tissue.

Recommendations for practical use: Establishing impact of various optical

properties of different dielectric media on radiative rate constants of spontaneous

emission of molecular singlet oxygen, allows to determine local concentration of

singlet oxygen in complex heterogeneous and small-sized systems with different and

varying dielectric properties. Studies have shown advantages of using the ointment

form of Fotolon® in treating surface-localized tumor with photodynamic therapy. The

obtained data of the luminescence of singlet oxygen from the surface of the biological

23

SUMMARY

Ekaterina Jarnikova

Spontaneous emission of light by molecular singlet oxygen O2 (1Δg) in dielectric

media

Key words: singlet oxygen, luminescence, photosensitizer, Photolon®,

tissue enable development

sessions.

an optimal methodology for photodynamic therapy

Application area(s): medicine, molecular biophysics, solid state physics.

1

ЖАРНИКОВА

ЕКАТЕРИНА СЕРГЕЕВНА

СПОНТАННОЕ ИСПУСКАНИЕ СВЕТА

МОЛЕКУЛЯРНЫМ СИНГЛЕТНЫМ КИСЛОРОДОМ

О2 (1Δg) В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДАХ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

по специальности 01.04.05 – Оптика

Подписано в печать 3.11.2015 г. Формат 60х90/16.

Бумага офсетная. Гарнитура «Times». Печать

Объем: 1.5 усл. печ. л.; 1.3 уч.-изд. л.

Тираж 80 экз. Заказ №22.

Государственное научное учреждение «Институт физики

имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси»

220072, Минск, пр. Независимости, 68.

Отпечатано на ризографе Института физики НАН Беларуси



 
Похожие работы:

«ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ имени Б.И. СТЕПАНОВА НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ УДК 539.12.01 ГРИШЕЧКИН Юрий Алексеевич СОСТОЯНИЯ РАССЕЯНИЯ И СВЯЗАННЫЕ СОСТОЯНИЯ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ДВУХЧАСТИЧНЫХ СИСТЕМ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учѐной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.02 – теоретическая физика Минск, 2015 университет имени Ф. Скорины. Левчук Михаил Иванович доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник...»

«1 УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ МАКСИМА ТАНКА УДК 159.9:378.1 ГОРАНСКАЯ Елена Игоревна ЛИЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ МОБИЛЬНОСТИ ПЕДАГОГОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук по специальности 19.00.07 – педагогическая психология Минск, 2015 Научный руководитель – Официальные оппоненты: Оппонирующая организация – Лобанов Александр Павлович, доктор психологических наук, доцент,...»





 
© 2015 www.z-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.