Information

2.3: Ljusspektroskopi - Biologi

2.3: Ljusspektroskopi - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Spektrofotometrar mäter mängden ljus som absorberas av ett prov vid en viss våglängd. Mätningar görs vanligtvis vid en våglängd som är nära absorbansmaximum för molekylen av intresse i provet.

Diagrammet nedan visar elementen som finns i en typisk spektrofotometer. Ljuskällorna som används i de flesta spektrofotometrar avger antingen ultraviolett eller synligt ljus. Ljus
(Io) passerar från en källa till en monokromator, som kan justeras så att endast ljus med en definierad våglängd kan passera igenom. Det monokromatiska (I) ljuset passerar sedan genom en kyvett som innehåller provet till en detektor.

Spektrofotometern jämför bråkdelen av ljus som passerar genom monokromatorn (I0) till ljuset som når detektorn (I) och beräknar transmittansen (T) som I/I0. Absorbans (A) är en logaritmisk funktion av transmittansen och beräknas som:

A = log10(1/T) = log10(Jag0/I)

Spektrofotometrar kan uttrycka data som antingen % transmittans eller absorbans. De flesta utredare föredrar att samla absorbansvärden, eftersom absorbansen av en förening är direkt proportionell mot dess koncentration. Minns Lambert-Beer-lagen, traditionellt uttryckt som:

A = ( varepsilon ) b C

där ( varepsilon ) är den molära extinktionskoefficienten för en förening, b är längden på ljusbanan genom provet, och C är föreningens molkoncentration. Kuvetter formuleras för att ha en 1 cm ljusbana, och den molära extinktionskoefficienten uttrycks som L/mol-cm. Följaktligen är absorbansen ett enhetslöst värde.


Spectra och vad de kan berätta för oss

Ett spektrum är helt enkelt ett diagram eller en graf som visar intensiteten av ljus som sänds ut över en rad energier. Har du någonsin sett ett spektrum förut? Förmodligen. Naturen skapar vackra som vi kallar regnbågar. Solljus som skickas genom regndroppar sprids ut för att visa dess olika färger (de olika färgerna är precis som våra ögon uppfattar strålning med lite olika energier).

Spektroskopi kan vara mycket användbar för att hjälpa forskare att förstå hur ett objekt som ett svart hål, neutronstjärna eller aktiv galax producerar ljus, hur snabbt det rör sig och vilka element det är sammansatt av. Spektra kan produceras för vilken ljusenergi som helst, från lågenergiradiovågor till mycket högenergigammastrålar.

Varje spektrum innehåller en mängd olika information. Till exempel finns det många olika mekanismer genom vilka ett objekt, som en stjärna, kan producera ljus. Var och en av dessa mekanismer har ett karakteristiskt spektrum.


Implementering av en sex-runt-en optisk sond baserad på diffus ljusspektroskopi för studier av cerebrala egenskaper i en murin musmodell av autismspektrumstörning

Ljusreflektansspektroskopi (LRS) är en multispektral teknik, känslig för absorptions- och spridningsegenskaper hos biologiska molekyler i vävnader. Det används som ett icke-invasivt verktyg för att extrahera kvantitativ fysiologisk information från mänskliga vävnader och organ. En nära-infraröd LRS baserad på en enda optisk sond användes för att övervaka förändringar i optiska och hemodynamiska parametrar i en musmodell av autism. En murin modell av autism inducerad av utvecklingsexponering för valproinsyra (VPA) användes. Eftersom autism kan hänföras till neuroanatomiska förändringar antar vi att dessa förändringar kan detekteras med hjälp av LRS eftersom spektrala egenskaper beror på både molekylär sammansättning och strukturella förändringar. Den fiberoptiska sonden i installationen bestod av sju små optiska fibrer: sex fibrer för belysning placerade på ett cirkulärt sätt runt en central enda uppsamlingsfiber. Sammantaget visar mätningar förändringar i diffusa reflektansspektra, cerebrala optiska vävnadsegenskaper (absorption och spridning) och kromofornivåer. Dessutom kunde vi identifiera skillnader mellan manliga och kvinnliga grupper. Slutligen studerades effektiviteten av S-Adenosylmetionin som läkemedelsbehandling och visade sig förbättra det hemodynamiska resultatet. För första gången, så vitt vi vet, används LRS för att studera variationer i hjärnparametrar i VPA-autismmodellmöss genom en intakt hårbotten.

© 2020 Optical Society of America

Huiyi Cheng, Jie Yu, Lingyu Xu och Jun Li
Biomed. Välja. uttrycka 10(3) 1383-1392 (2019)

Huilin Zhu, Yuebo Fan, Huan Guo, Dan Huang och Sailing He
Biomed. Välja. uttrycka 5(4) 1262-1274 (2014)

Oren Shaul, Michal Fanrazi-Kahana, Omri Meitav, Gad A. Pinhasi och David Abookasis
Appl. Välja. 56(32) 8880-8886 (2017)

Jun Li, Lina Qiu, Lingyu Xu, Ernest V. Pedapati, Craig A. Erickson och Ulas Sunar
Biomed. Välja. uttrycka 7(10) 3871-3881 (2016)

Huilin Zhu, Jun Li, Yuebo Fan, Xinge Li, Dan Huang och Sailing He
Biomed. Välja. uttrycka 6(3) 690-701 (2015)

Referenser

Du har inte prenumerationsåtkomst till denna journal. Citeringslistor med utgående länkar är endast tillgängliga för prenumeranter. Du kan antingen prenumerera som OSA -medlem eller som en auktoriserad användare av din institution.

Kontakta bibliotekarien eller systemadministratören
eller
Logga in för att få tillgång till OSA-medlemsprenumeration

Citerad av

Du har inte prenumerationsåtkomst till denna journal. Citerade av länkar är endast tillgängliga för prenumeranter. Du kan antingen prenumerera som OSA -medlem eller som en auktoriserad användare av din institution.

Kontakta bibliotekarien eller systemadministratören
eller
Logga in för att få tillgång till OSA-medlemsprenumeration

Figurer (4)

Du har inte prenumerationsåtkomst till denna journal. Figurfiler är endast tillgängliga för prenumeranter. Du kan antingen prenumerera som OSA -medlem eller som en auktoriserad användare av din institution.

Kontakta bibliotekarien eller systemadministratören
eller
Logga in för att få tillgång till OSA-medlemsprenumeration

Tabeller (2)

Du har inte prenumerationsåtkomst till denna journal. Artikeltabeller är endast tillgängliga för prenumeranter. Du kan antingen prenumerera som OSA -medlem eller som en auktoriserad användare av din institution.

Kontakta bibliotekarien eller systemadministratören
eller
Logga in för att få tillgång till OSA-medlemsprenumeration

Ekvationer (3)

Du har inte prenumerationsåtkomst till denna journal. Ekvationer är endast tillgängliga för prenumeranter. Du kan antingen prenumerera som OSA -medlem eller som en auktoriserad användare av din institution.

Kontakta bibliotekarien eller systemadministratören
eller
Logga in för att få tillgång till OSA-medlemsprenumeration

Metrik

Du har inte prenumerationsåtkomst till denna journal. Mätvärden på artikelnivå är endast tillgängliga för prenumeranter. Du kan antingen prenumerera som OSA -medlem eller som en auktoriserad användare av din institution.

Kontakta bibliotekarien eller systemadministratören
eller
Logga in för att få tillgång till OSA-medlemsprenumeration


STARK SPEKTROSKOPI: Tillämpningar inom kemi, biologi och materialvetenskap

AbstraktStark spektroskopi har applicerats på ett brett spektrum av molekylära system och material. En allmänt användbar metod för att erhålla elektroniska och vibrerande Stark -spektra som inte kräver sofistikerad utrustning beskrivs. Genom att arbeta med frysta glasögon är det möjligt att studera nästan alla molekylära system, inklusive joner och proteiner. Kvantitativ analys av spektra ger information om förändringen i dipolmoment och polariserbarhet i samband med en övergång. Förändringen i dipolmomentet återspeglar graden av laddningsseparation för en övergång, en mängd intresse för en mängd olika områden. Polarisationsförändringen beskriver känsligheten hos en övergång till ett elektrostatiskt fält, såsom det som finns i ett protein eller ett beställt syntetiskt material. Ansökningar om donatorer-acceptor-polyener, övergångsmetallkomplex (metall-till-ligand och metall-till-metall-blandade valensövergångar) och icke-fotosyntetiska biologiska system granskas.


Diskussion

Våra resultat tyder på att installationen av belysningstekniker med bredare spektrum i artificiellt upplysta livsmiljöer sannolikt kommer att förbättra djurens förmåga att upptäcka ljus som reflekteras från föremål i deras omgivning på natten och har potential att skapa större skillnader i denna förmåga mellan olika klasser av djur. Dessa förbättringar av objektdetektering under gatubelysning med bredspektrum kommer sannolikt att påverka utförandet av visuellt styrda beteenden hos djur, förändra deras normala aktivitetstider och rumsligt förlänga eller fragmentera livsmiljöer. Alla tre bredspektrumbelysningsteknikerna gav betydande förbättringar i % λ0.5 intervall i jämförelse med smalspektrum LPS -lampor. MH -lampor gav de största förbättringarna i alla fem taxonomiska klasserna. Där dessa används kommer därför en större mängd objekt som reflekterar ljus i olika delar av ljusspektrumet att framstå som ljusare och mer färgglada för djur jämfört med alternativa gatlyktor. Medan LPS -lampor belyser föremål som reflekterar ljus över det minsta området i ljusspektrumet, tyder våra resultat på att i områden som belyses av LPS -lampor är fåglar och däggdjur bättre i stånd att upptäcka föremål som reflekterar ljus i denna region jämfört med spindeldjur, insekter och reptiler. Införandet av bredare spektrumteknologi ökar emellertid antalet och storleken på skillnaderna mellan djurklasser, i andelen av det visuellt detekterbara ljusspektrumet upplyst, med däggdjur och fåglar som visar de största förbättringarna. De flesta däggdjur har dikromatisk syn som spänner över ett mindre utsträckt område av ljusspektrumet jämfört med fåglar, reptiler, spindeldjur och insekter (Fig. 2a, se Tabell S1) som vanligtvis kan detektera ljus vid våglängder under 400 nm (UV) (Tovée, 1995 Briscoe) & Chittka, 2001 Hart & Hunt, 2007 Osorio & Vorobyev, 2008). Fåglar har UV -känsliga fotoreceptorer, men deras känslighet sträcker sig mindre in i de kortare våglängderna jämfört med insekter, spindeldjur och reptiler (fig. 2a). Lampor av brett spektrum stimulerar därför en större andel av λ0.5 räckvidd hos däggdjur och fåglar i allmänhet, jämfört med andra klasser av djur, vilket förbättrar deras förmåga att utföra visuellt styrda beteenden med större skärpa och potentiellt rubbar balansen mellan interspecifika interaktioner.

Våra resultat ger en översikt över hur skiftande artificiellt ljusspektra sannolikt kommer att påverka visuellt styrda beteenden i breda taxonomiska grupper av djur. Men λ0.5 intervallet för enskilda arter kan vara varierande inom varje taxonomisk grupp, och därför bör man vara försiktig när man tillämpar resultaten från en grupp i allmänhet på någon specifik art inom den gruppen. Till exempel är antalet fotoreceptortyper i insektsögon varierande mellan olika ordningar (tabell S1) vilket ger upphov till variation i andelen λ0.5 intervall upplyst av varje typ av artificiellt ljus. Dessutom antalet arter för vilka λmax värden finns tillgängliga i litteraturen varierar mellan taxonomiska grupper (tabell S1), och medan huvudresultaten av denna studie sannolikt inte påverkas påverkas λ0.5 intervallet kommer oundvikligen att justeras när data blir tillgängliga för fler arter och ytterligare fotoreceptorer i de grupper som för närvarande inte är väl utredda (till exempel arachniderna). Dessa resultat är därför inte avgörande, de bör snarare betraktas som en plattform för förutsägelser som stimulerar ytterligare studier om effekterna av att bredda artificiella ljusspektra på visuellt styrda beteenden hos djur.

De ekologiska effekterna av att artificiellt belysa den nattliga miljön blir alltmer erkända (Frank, 2006 Stone et al., 2012 Titulaer et al., 2012), med några studier som uppmärksammar den potentiella effekten av skiftande spektralsignaturer (Eisenbeis, 2006 Stone et al., 2012). Denna studie har visat att sådana förändringar kan påverka visuellt styrda beteenden hos arter över hela djurriket. Utbudet av potentiella effekter är olika och kan inkludera förlängning av tiderna för födosök och sexuell konkurrens för dygnsdjur och crepuskulära djur in i natten (Robertson & Monteiro, 2005 Somanathan et al., 2009 Titulaer et al., 2012), förbättrar både bytesdetektering och undvikande av rovdjur (Roth & Kelber, 2004), förändrar organismers förmåga att navigera i sin omgivning (Warrant et al., 2004, Somanathan et al., 2008 Sten et al., 2009 van Langevelde et al., 2011) och påverkar förmågan hos pollinerande arter att upptäcka nektarresurser (Kelber et al., 2002 Hempel de Ibarra & Vorobyev, 2009). Om breddning av artificiella ljusspektra kommer att framkalla positiva eller negativa artrespons beror sannolikt på arten och beteendet som övervägs. Till exempel, närvaron av LED -belysning ökar matningshastigheten i häckande stora tuttar Parus major (Titulaer et al., 2012), medan slagträet Rhinolophus hipposideros undviker områden upplysta av HPS och LED -belysning (Stone et al., 2009, 2012) möjligen på grund av upplevd predationsrisk (Rydell, 1992). Metal Halide (MH) -lampor kommer sannolikt att ge de största förbättringarna i djursyn eftersom de avger ljus som är både brett och innehåller UV i sin spektrala sammansättning. Många av ovanstående uppgifter beror på uppfattningen av UV -ljus som reflekteras från objekt av djur som kan detektera ljus vid dessa våglängder. Därför kan införandet av bredare spektrumbelysningsteknik som innehåller UV få djupare konsekvenser för biologiska system än icke-UV-bredspektrumbelysningsteknik. Alla tre bredspektrumteknologierna skapar dock större skillnader i % λ0.5 mellan djurgrupper jämfört med LPS-lampor med smalt spektrum, och har därför större potential att förändra balansen mellan interspecifika interaktioner i miljön. Att utvärdera den direkta miljöpåverkan av var och en av dessa olika lamptyper är helt klart avgörande i en värld där den konstgjorda nattmiljön blir alltmer "vit".


Titta på videon: Spektroskopi IR dan NMR Part 1 (December 2022).