Pracownia Zastosowań Laserów w Inżynierii Biomedycznej

Pracownia Zastosowań Laserów

 

 

 

 

 


W Pracowni Zastosowań Laserów w Medycynie (LM) realizowane są badania z wykorzystaniem metod spektroskopii laserowej w medycynie, naukach biologicznych i ochronie środowiska. Prowadzone są też obserwacje topografii powierzchni metali i twardych tkanek biologicznych, analizowane wewnątrzkomórkowe procesy w komórkach ssaków w czasie rzeczywistym w ściśle kontrolowanych warunkach środowiska zewnętrznego, a także obrazowana fluorescencja preparatów biologicznych in vitro. Badane są również zjawiska autofluorescencji i chemiluminescencji w preparatach biologicznych oraz wykonywana chemiczna analiza pierwiastkowa. Prowadzone są również eksperymenty mające na celu udoskonalenie metod fotodiagnostyki i terapii fotodynamicznej w różnych jednostkach chorobowych człowieka.

 

Pracownia LM wypełnia swoje zadania badawcze wykorzystując następującą specjalistyczną aparaturę:

Spektrofotometr UV-VIS

Typ:   Evolution 220 firmy Thermo Fisher Scientific

Przyrząd przeznaczony jest do pomiarów widm absorpcji i transmisji oraz odbicia materiałów stałych i cieczy w zakresie 200-1100 nm. Jako źródło światła wykorzystywana jest pulsacyjna lampa ksenonowa. Układ optyczny jest dwuwiązkowy ze zmienną rozdzielczością spektralną. Monochromator jest typu Czerny-Turnera z szybkim mechanizmem przesuwu: 30 000 nm/min. Rozdzielczość spektralna przyrządu wynosi 1 nm, a zakres fotometryczny – powyżej 3,5 Abs.

 

Spektrometr Ramana wraz z wyposażeniem

Typ:   Nicolet iS50 i FT-Raman firmy Thermo Fisher Scientific

Przyrząd służy do pomiarów widm rozproszenia Ramana, analizy ilościowej i jakościowej próbek, w tym próbek biologicznych, zbierania obrazów mozaikowych, mapowania punktowego, liniowego i z obszaru materiałów biologicznych i innych. Przyrząd wyposażony jest w laser diodowy o długości fali 1064 nm eliminującej fluorescencję i mocy 500–50 mW, ustawianej z poziomu oprogramowania. Wielkość plamki lasera jest mniejsza niż 60 µm. FTIR i FT-Raman posiadają wspólny interferometr Michelsona 90o. Do obsługi przyrządu wykorzystywane jest oprogramowanie OMNIC.

 

Spektrofotometr FTIR

Typ:   Nicolet iS50 firmy Thermo Fisher Scientific

Urządzenie służy do pomiarów widm absorpcji w zakresie średniej podczerwieni, analizy ilościowej i jakościowej materiałów biologicznych, organicznych i nieorganicznych, potwierdzania struktury chemicznej związków. Jako źródło promieniowania wykorzystywana jest  lampa wolframowa na zakres 27 00 – 2 00 cm-1 oraz ceramiczne źródło na zakres 9 600 – 20 cm-1. Spektrofotometr ma rozdzielczość 0.09 cm-1, a zakres pomiarów absorpcyjnych 12 000 – 350 cm-1. Przyrząd wyposażony jest w automatyczny 4-pozycyjny układ przełączający, automatyczny zmieniacz beamspliterów oraz trójpozycyjny automatyczny układ zmiany detektorów. Urządzenie posiada wbudowaną przystawkę diamentową ATR na zakres podczerwieni i dalekiej podczerwieni ze zintegrowanym detektorem DLaTGS z okienkiem diamentowym.

Mikroskop FTIR

Typ:  Nicolet iN10MX firmy Thermo Fisher Scientific

Mikroskop służy do pomiarów widm podczerwieni, mapowania powierzchni IR i obrazowania chemicznego. Urządzenie wyposażone jest w mikroskopowy detektor DLaTGS w zakresie 7 600 – 450 cm-1, mikroskopowy detektor MTC-A w zakresie 7 600 – 715 cm-1 (stosunek sygnału do szumu > 25 000:1, pomiar w ciągu 2 min, rozdzielczość 4 cm-1, zakres 2 000 – 2 100 cm-1), matrycowy detektor MTC-A w zakresie 7 600 – 715 cm-1 (stosunek sygnału do szumu > 500:1, rozdzielczość przestrzenna 25 µm, 4 skany, rozdzielczość spektralna 16 cm-1, zakres 2 000 – 2 100 cm-1). Przyrząd ma interferometr Michelsona nie wymagający zasilania sprężonym powietrzem, odporny na wibracje i wpływ zmian temperaturowych oraz trwałe źródło ceramiczne nie wymagające chłodzenia wodą. Urządzenie wyposażone jest w laser He-Ne 633nm.

 

Laserowy skaningowy system konfokalny do badań na próbkach biologicznych

Typ:  LSM 700 firmy Zeiss z mikroskopem Axio Observer.Z1

System konfokalny posiada rozbudowany system oświetleniowy (lasery o długości fali 405nm, 488nm, 555nm, 639nm, panel Colibri z modułami wzbudzających diod LED 365nm, 470nm, 590nm, lampą halogenową HAL 100 i oświetlaczem fluorescencyjnym HXP 120 z lampą halidkową). Umożliwia on obserwację wewnątrzkomórkowych procesów w hodowlach komórkowych w czasie rzeczywistym (kamera monochromatyczna AxioCam MRc5) przy zadanej temperaturze, wilgotności i stężeniu CO2 (komora inkubacyjna), obrazowanie fluorescencji preparatów biologicznych in vitro, analizy akumulacji fluorochromów. Mikroskop zapewnia możliwość uzyskania obrazów 3D. Obsługa mikroskopu odbywa się za pomocą oprogramowania ZEN system 2012.

 

Mikroskop cyfrowy do makropowiększeń

Typ: Smartzoom 5 firmy Zeiss

Mikroskop Smartzoom służy do badań materiałowych w szególności do kontroli jakości i powtarzalności próbek. Może służyć jako mikroskop światła odbitego. Możemy wykonywać analizy metalograficzne, tworzyć modele 3D i ich przekroje. Posiada obiektywy: PlanApo D 5x/0.3 FWD 30 mm i PlanApo D 1.6/0.1 FWD 36 mm.

 

Laserowy skaningowy system konfokalny do tworzenia topografii powierzchni

Typ: LSM 700 firmy Zeiss z mikroskopem Imager.Z2M

System oświetleniowy składa się z lasera o długości 405 nm i lampy halogenowej HAL 100. Mikroskop umożliwia badanie w skali nanometrycznej między innymi chropowatości powierzchni metali, warstw napylonych  oraz twardych tkanek biologicznych. Istnieje możliwość wykonania topografii powierzchni 3D. Obsługa mikroskopu poprzez oprogramowanie ZEN system 2012.

 

Mikrotom rotacyjny

Typ:  HYRAX M 355S firmy Thermo Fisher Scientific

Urządzenie przeznaczone jest do precyzyjnego cięcia materiałów miękkich i twardych w celu m.in. przygotowywania próbek materiałów biologicznych do badań mikroskopowych. Urządzenie pozwala na optyczną analizę powierzchni przygotowywanych próbek.

 

System obrazowania fluorescencji QLF

Typ: QLF – D Research Suite firmy Inspector

System obrazowania oparty o metodę fluorescencji wzbudzanej światłem niebieskim jest przeznaczony do wykrywania endo- i egzogennych fotouczulaczy, zakumulowanych w tkankach biologicznych. Aparatura znajduje zastosowanie w badaniach znaczników fluorescencyjnych na modelu komórkowym, zwierzęcym i małych obszarów na powierzchni skóry i błon śluzowych. Układ oświetlenia w tym urządzeniu stanowi 14 centralnie ułożonych przed obiektywem diod typu LED o długości fali 407 nm do wzbudzenia fluorescencji i dwie diody światła białego do rejestracji zdjęć. Aparat cyfrowy Canon typ EOS 600D służy do obrazowania.

 

System obrazowania autofluorescencji

Typ:   System złożony z kamery, laserów, spektrometru, oświetlacza ksenonowego

Przyrząd przeznaczony jest do badania akumulacji  endogennych i egzogennych uczulaczy w skórze i narządach wewnętrznych do wykorzystania do fotodiagnostyki i terapii fotodynamicznej metodami fluorescencji wzbudzanej laserowo. Aparatura znajduje zastosowanie w badaniach znaczników fluorescencyjnych na modelu komórkowym, zwierzęcym i małych obszarów na powierzchni skóry i błon śluzowych. W przyrządzie wykorzystywany jest oświetlacz ksenonowy, światłowód cieczowy o średnicy 8mm i mocy światła na wyjściu 500- 250 mW (400, 630 i 670 nm). Obraz rejestrowany jest za pomocą kamery kolorowej CCD Dino Lite AM$113T, z zewnętrznym źródłem światła typu LED (400nm). Urządzenie posiada dwa lasery o długości fali 633nm i 532nm. W skład systemu wchodzi też spektrometr firmy Avantes z zakresem spektralnym 200-1100nm.

 

System pomiarowy ultrasłabych sygnałów bio-  i chemiluminescencji.

Typ: Mikroskop fluorescencyjny Axio Imager.M2 z kamerą EMCCD Andor

System wykorzystywany jest do obrazowania bardzo słabych sygnałów autofluorescencji (naturalnej luminescencji) i chemiluminescencji preparatów biologicznych, tkanek, jak również analizy akumulacji znaczników fluorescencyjnych w preparatach biologicznych. W skład systemu wchodzi monochromatyczna kamera typu EMCCD Andor, chłodzona do temperatury -70oC o rozdzielczości 1000 x 1000 pikseli i statyw mikroskopu Axio Imager M2. System sterowany jest komputerowo za pomocą oprogramowania ZEN system 2012.

 

Spektrometr ICP – OES

Typ: iCAP 7000 Series firmy Thermo Fisher Scientific

ICP atomowa spektrometria emisyjna z wzbudzaniem plazmowym opiera się na badaniu widm atomowych. Atomy wykazują zdolność do emisji promieniowania charakterystycznego dla poszczególnych pierwiastków. Wywołanie efektu emisji atomowej wymaga dostarczenia energii koniecznej do odparowania próbki, dysocjacji zawartych w niej cząsteczek i wzbudzenia powstałych atomów do wyższych stanów energetycznych. W metodzie ICP-AES wykorzystuje się w tym celu plazmę generowaną indukcyjnie za pomocą zmiennego pola elektromagnetycznego. Za pomocą tej techniki teoretycznie można oznaczyć większość pierwiastków z układu okresowego. Obecnie w sposób rutynowy oznacza się do 70 pierwiastków na poziomie śladowym w stężeniach rzędu ppb. Metoda ICP daje dobre wyniki oznaczeń pierwiastków, które są trudne do oznaczenia innymi metodami, np. B, Be, S, P, Ti, Vo. Metoda ICP charakteryzuje się dużą odtwarzalnością i dokładnością. Ogromną jej zaletą jest możliwość jednoczesnego oznaczania prawie wszystkich pierwiastków podczas jednego wzbudzenia.

 

 

Spektrofluorymetr

Typ: QM 400 firmy Horiba

Układ spektrofluorymetryczny Quanta Master QM400 przeznaczony jest do charakterystyki materiałów luminescencyjnych w postaci proszków, roztworów, cienkich warstw, kryształów oraz nanomateriałów.  Spektralny zakres wzbudzenia oraz detekcji jest od 200 do 2200 nm. Źródłami  wzbudzenia są: laser impulsowy Na:YAG  Opolette 355LD (225-2200nm), oświetlacz elipsolidalny z lampą Xe (200-900 nm) oraz laser 980 nm do pomiarów up-konwersji. Układ umożliwia pomiary widm wzbudzenia i emisji, synchronicznych, rozdzielczych w czasie, kinetyki fluorescencji oraz anizotropii polaryzacji luminescencji. Pomiary z wykorzystaniem przystawki absorpcyjną, transmisyjnej i sfery integrującej. Układ sprzężony jest z mikroskopem fluorescencyjnym ( Zeiss Axio Imager.M2) i superczułą kamerą do pomiarów bioluminescencji.