Электронная микроскопия.

Для исследования структуры мембран используется электронный микроскоп, предел разрешения которого определяется длиной волны де Бройля для движущегося с высокой скоростью электрона: ,

где h – постоянная Планка; m - масса электрона; - скорость электрона. Предел разрешения электронного микроскопа может достигать . Для получения четкой электронограммы клетки ее мембраны контрастируют, осаждая на них вольфрам, осмий и другие химические элементы, которые хорошо поглощают и рассеивают электроны.

Для исследования мембран используются методы замораживания-скалывания и замораживания-травления. Препараты быстро замораживают, не подвергая их каким-либо повреждающим воздействиям, как при получении тонких срезов. Подготовка препарата включает ряд операций.

После замораживания образец, представляющий собой суспензию клеток, скалывают с помощью ножа при низкой температуре (-100 ⁰С) в глубоком вакууме. При скалывании образуется срез, проходящий через образец. Оказалось, что если плоскость среза проходит через мембрану, она раскалывается преимущественно по срединной области и расщепляется на две половины. На образовавшихся плоскостях скола обнажается внутренняя область мембраны.

При необходимости образец подвергают травлению и проводят обычную возгонку льда в вакууме. Это позволяет лучше визуализировать поверхностные структуры клеточных мембран. После этого получают так называемую реплику с обнаженной поверхности. Эту реплику и изучают методом электронной микроскопии. Для получения реплики сначала напыляют на образец платину под углом около 45⁰, чтобы выявить топологические характеристики препарата. Затем платиновой реплике придают механическую прочность, нанося на нее слой углерода. После этого препарат оттаивают, реплика всплывает, и ее вылавливают с помощью специальной сеточки.

2.Индуцированное излучение. Лазер. По внутриатомным процессам различают люминесценцию: А) спонтанную, б) вынужденную, в) рекомбинационную. При спонтанной люминесценции излучение происходит непосредственно вслед за возбуждением. Переход с возбужденного уровня на основной может быть как единым (рис.1, а)-в этом случае излучение называется резонансным, так и ступенчатым (рис.1, б). В последнем случае некоторые ступени могут не сопровождаться излучением, т.е. быть безизлучательными (рис.1, в). У определенных веществ имеются энергетические уровни, переход с которых на основной путем излучения фотонов имеет малую вероятность, т.е. происходит медленно и постепенно, поэтому возбужденные атомы могут задерживаться на них достаточно долго. Такие уровни называются метастабильными. В процессе возбуждения на этом уровне происходит значительное накопление атомов Переход с метастабильного на основной уровень может быть ускорен путем какого-либо энергетического воздействия на атомы, например воздействия квантами излучения такой же длины волны. Вызванное при этом излучение называется вынужденным (индуцированным или стимулированным), а само явление – вынужденной люминесценцией. Прибор, основанный на использовании индуцированного излучения, называется оптическим квантовым генератором. Его сокращенное название на английском языке – лазер. Оно возникло от сокращенной фразы: LightAmpluficaationbyStimulatedEmissionRadiationЧто означает: усиление света при помощи индуцированного излучения. В 1960 г был создан первый квантовый генератор видимого диапазона с рубином в качестве рабочего вещества, но в нем создавалась импульсное излучение и возбуждение атомов (по терминологии квантовой электроники “накачка”) осуществляется специальной лампой.Имеются также газовые лазеры. Основу прибора образует кварцевая трубка Т (рис.2),.наполненная смесью газов, например гелия и неона, под высоким давлением. По концам трубки расположены строго параллельные зеркала 3 (одно полупрозрачное), образующие вместе резонатор. С помощью электродов Э, помещенных снаружи трубки, и генератора ВЧ высокой частоты в газе вызывается тлеющий разряд. При этом атомы гелия, возбуждаясь, переходят на уровень В процессе неупругого соударения они передают энергию атомам неона, которые накапливаются на близко расположенном метастабильном уровне R, с которого при переходе на промежуточный уровень s происходит вынужденное излучение с длиной волны 632, 8 нм. Индуцированное излучение газового лазера является высококогерентным, исключительно монохроматическим, плоскополяризованным, остронаправленным и обладает большой мощностью.Лезер Л показанный на рисунке 4 (слева –блок питания П) дает непрерывное излучение небольшой мощности (доли ватта). Изучается возможность использования его излучения для терапевтических целей. Наиболее распространенный тип лазера: газовый (гелий - неоновый) лазер. Индуцированное излучение газового лазера является высококогерентным, исключительно монохроматическим, плоско поляризованным, остронаправленным и обладает большой мощностью. Лазер может излучать до 30 различных длин волн в инфракрасном и видимом диапазонах.Используемые зеркала резонатора делаются многослойными для того, чтобы вследствие интерференции создать необходимый коэффициент отражения только для одной длины волны. Таким образом, лазер излучает строго определенную длину волны.

3 Вязкость жидкости.Ламинарный и турбулентный характер течения жидкости.

Вязкость (внутреннее трение) - это свойство реальных жидкостей сопротивляться перемещению одной части жидкости относительно другой. При таком перемещении возникают силы внутреннего трения, которые направленны по касательной к поверхности слоев. Действие этих сил проявляется в том, что со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой, движущийся быстрее, действует тормозящая сила.

Существует два режима течения жидкостей. Течение называется ламинарным (слоистым), если вдоль потока каждый выделенный тонкий слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними, и турбулентным (вихревым), если вдоль потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание жидкости (газа). Ламинарное течениежидкости как правило наблюдается при небольших скоростях ее движения. Внешний слой жидкости, примыкающий к поверхности трубы, в которой она течет, из-за сил молекулярного сцепления прилипает к ней и остается неподвижным. Скорости последующих слоев тем больше, чем больше их расстояние до поверхности трубы, при этом наибольшей скоростью обладает слой, который движется вдоль оси трубы. При турбулентном течении частицы жидкости приобретают составляющие скоростей, которые перпендикулярны течению, и они могут двигаться из одного слоя в другой. Скорость частиц жидкости быстро возрастает по мере удаления от поверхности трубы, затем изменяется незначительно. Так как частицы жидкости могут перейти из одного слоя в другой, то их скорости в различных слоях мало отличаются. Из-за большого градиента скоростей у поверхности трубы обычно происходит образование вихрей.

Билет4

1 МЕТОД ДИФРАКЦИИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

Использование рентгеновского излучения для анализа мембранных структур обусловлено тем обстоятельством, что одним из главных условий проявления дифракции является сопоставимость размеров объекта, на который направляется излучение, и длины волны этого излучения. Для анализа объектов нанометрового диапазона необходимо рентгеновское излучение (диапазон длин его волн от 10^-5 до 80 нм).

Чтобы понять принцип использования рентгеновского излучения для анализа структуры вещества, рассмотрим кристаллическую структуру, на два соседних атома которой падают параллельные лучи (рис.5), которые отражаются от соседних атомов кристаллической решетки, а затем интерферируют, собираясь в одну точку на некотором экране. Вводя значение межатомного расстояния d, угла скольжения , получим, что разность хода лучей .

Условием того, что в некоторой точке экрана две волны будут усиливать друг друга, является равенство этой разности хода целому числу длин волн: