Ląstelės ir fizika

Ląstelė ir fizika (elektronika)

Jau daugiau,kaip 100 metų biologai studijuoja ,stengdamiesi pažinti ląstelę-pagrindinį žmogaus ir gyvūnų sudedamąją dalį.Elektronika iš esmės pakeitė požiūrį apie ląstelės Struktųrą irjos cheminę sudėtį.
Nauji sukurti elektroniniai prietaisai žymiai išplėtė biologinių tyrimų ribas.

Nuo senų laikų pagrindiniai biologų įrankiai buvo optiniai mikroskopai,gebėję padidinti tiriamo mėginio vaizdą apie 1500 kartų,cheminiai preparatai,bei vaizduotė.žiūrint pro tokį mikroskopa ląstelė
tuokart atrodo kaip protoplazmos kamuoliukas,su centre esančiu branduoliu.Pasiekti didesnio didinimo
neįmanoma dėl papraščiausios priežasties-mėginio dalys,esančios viena nuo kitos atstumu,artimu šviesos
Ilgiui,tampa tiesiog neatskiriamos(šviesos bangos jas tiesiog aplenkia.

Detaliai “apžvelgti” ląsteles paadėjo elektroninis mikroskopas.Elektroninis sriautas,kuriamas elektro-
ninės patrankos,pagreitinamas iki kelių dešimčių elektronvoltų (eV.) elektriniame lauke.Vėliau elektronai nukreipiami link mėginio,kurį praėję patenka į fluorascencinį ekraną ar į fotoplėvelęElektroniniame mik-
roskope naudojemos ne paprastos,o elektroninės (magnetinės,elektrinės arba mišrios) lindzės.elektroninio
mikroskopo padidinimas gaunamas gana didelis-dešimtys tūkstančių kartų.

Paprasti mikroskopai pastaraisiais metais irgi tobulinami.Sukurtas televizinis mikroskopas.Jame mė-
ginio vaizdas pakeičiamas elektriniais signalais,vėliau vaizdu teleakrane.Tyrėjas gali būti dideliu atstumu nuo tiriamojo mėginio.Tai labai svarbu dirbant su radioaktyviomis medžiagomis,vaizdą galima stebėti ne-
vienas žmogus.Atsirado galimybė padidinti vaizdo kontrastingumą elektroninės aparatūros pagalba , ap-
dorojant signalą.Tai labai svarbu,kadangi,vos paastebimo natūralios ląstelės kontrastingumą ,leiddžia padidinti vaizdo ryškumą,o tai pasiekti galima,esant mažiasniam ląstelės apšvietimui.Jei optiniame mik-roskope būtinas stipresnis apšvietimas,sunaikina daugumą milrobų,tai televizinis mikroskopas leidžia stebėti juos gyvus.

Kartais televiziniame mikroskope naudojami foto davikliai,jautrūs ultravioletiniams spinduliams.
Šiuo atveju ląstekę galima stebėti UV. Spektre.Jo žm

mogus nematytų,o UV spindulių bangų ilgis yra trumpesnis,todėl padidėja optinio mikroskopo skiriamoji galia

Didelę reikšmę turi ne tik ląstekių struktūra,bet ir ląstelės komponentų cheminė sudėtis.Norint šią su-
dėtį nustatyti ,pirmiausia reikia nesuardyti ląstelės,po to iš jos atskirti atskiras trakcijas,po to atlikti jos che-
minę analizę.Tai sudėtinga,bet svarbiausia yra nepaždžiant pačios ląstelės. Sužinoti jos cheminę sudėtį. Padėti gali vėl elektronika.

Daugelis organinių medžiagų pasižymi selektyvinės absorbcijos savybe (sugeria tam tikro ilgio ban-
gos šviesą).Jei panaudosime monochromatinės šviesos šaltinį ir išmatuosime jo sugėrimą ląstelėje,tai į-
manoma įmanoma nustatyti organinės medžiagos turinį.

Be abejonės tai nepaprasta,nes sugeriama šviesa proporcinga su geriančia šviesą medžiaga tik tada,
kai ji tolygiai pasiskirsščiusi plptmėje,kuria spindulys krenta.

Norint pasiekti didelį matavimo tikslumą ,reikalinga,kad šviesos sriauto plotas būtų pakankamai ma-
žas,palyginus su ląstelės matmenimis Tuomet zondo plote medžiagos pasiskirstymas buus tolygus.

Matavimus galime atlikti tokiu būdu.Vykdomas ląstelės skanavimas šviesos zondu (nuoseklus).Po to seka rezultatų sumavimas visos ląstelės atžvilgiu.Tukiu būdu įmanoma nustetyti esančios medžegos ląstelėje kiekį.Keičiant zondo šviesos bangos ilgį ,galima spręsti apie įvairių medžiagų,įeinančių į ląstelių sudėtį.Kuomet tyrinėjama medžiaga nepasižymi sugėrimu siauroje spektrinėje juostoje ,ląstelė apdirbama specialiu dažikliu.Šis būdas vadinamas citotometriniu.( 1 pav. Regime įrenginio,kuris leido tirti ląstelę pagal šviesos sugėrimą ,schemą.).

Prieš mikroskopo okuliarą pastatomas šviesos šaltinis (1) ir šviesos filtras arba monochromatorius
(2),kuris iš šviesos šaltinio spektro išsjiria tam tikrą bangos ilgį.(vietoje 1,2 gali bū
ūti panaudotas lazeris). Monochromatinė šviesa praeina pro besisukančio diskelio (3) plyšį ir mikroskopo (4) pagalba šis sumažin-
tas plyšys projektuojamas į tiriamą ląstelę.Tokiu būdų,palyginti lengvai,įmanoma gauti ląstelės plokštu-
moje šviesos zondo spindulio diametrą,mažesnį nei 1-o mikrono.t.y.daug kartų mažesnį už ląstelės mat-
menis.Besisukantis diskas atlieka eilutės skleistinės vaidmenį.”kadro” skleistinė gaunama keičiant preparato padėtį radialine kryptimi.Praėjusi pro ląstelę šviesa patenka į fotoelektroninį daugintuvą .Aišku , kad fotoelektroninio daugintuvo srovė priklausys nuo ląstelės sugėrimo skanavimo vietoje.Vėliau signalas patenka į stiprintivą (7),o po to į registruojantį įrenginį (8).

Pirmu atveju,kuomet domimimasi medžiagos kiekiu ląstelėje,vykdo matavimo duomenų sumavimas pagal visą skenavimo plotą.Kitu atveju,kai domimasi medžiagos pasiskirstymu charakteriu,skleistinė sumuojama tik pagal atitinkamą eilutę,o įtampa iš stiprintuvo išėjimo paduodama gali būti į oscilografą,
savirašį ar duomenų kaupiklį.

Šią “block-schemą “galima panaudoti ir kitiems tikslams.Pvz. šią elektroninę schema pajungti
taip,kad signalai,gaunami,skenuojant tas preparato dalis,kuri pasižymi didelia sugertimi (pvz ląstelės branduo-lys) registruojama viename kanale,o kurios sugertis mažesnė,(pvz citoplazmos)-kitame.šiuo būdu tyrinėtojas gauna duomenis apie branduolių ir citoplazmų plotus,o taip pat apie šitų plotų santykį.

Apie medžiagos kiekį ląstelėje galima sužinoti ir kitais būdais.Pvz. fotoliumisencija.Tiriamasis preparatas pasižymi savąja liuminisencija,arba,apdirbtas specialiomis medžiagomis-ferochromonais, apšvitinamas ultravioletiniais ar mėlynais šviesos šaltiniais.Sugeriant šią medžiagą ,atomai pereina į sužadi-
nimo būseną.Jų grįžimas į ankstesnią,normalią,padėtį sukelia liuminisencinį spinduliavimą.Spinduliuotės intensyvumas proporcingas liuminesensuojančios medžiagos kiekiui.Šiuo atveju nereikia skenuoti ląstelės. Pakanka užfiksuoti visą ląstelės šviesos spinduliuotės sriautą.Šis metodas nepaprastai ja
autrus ir leidžia išmatuoti medžiagos kiekį ląstelėje iki g..Jei nudažytas ląstelias patalpinti ant stiklo ir pažvelgti į jas
Pro liuminisencinį mikroskopą,tai galima pasiekti,kad gyvos ląstelės šviestų žalia šviesa,negyvos-raudona.
Taigi,galima apskaičiuoti gyvų ir mirusių ląstelių santykį.Tokio įrenginio gali prireikti,kai reikia nustatyti mikrobiologiniuų objektų kiekį preparatuose,kuriuose yra organinės ir neorganinės medžiagos kilmės medžiagos;čia galima išnaudoti skirtumą liuminiscencijos spektre.

Automatinis liuminisencuojančių ląstelių paskaišiavimas naudingas ligų tyrinėjimams,kovai su jomis..Kai kurie tyrinėtojai nustatė,kad normalių ir ligotų ląstelių,nudažytų atitinkamu fluorochromu , spinduliuotė skiriasi tiek spektru,tiek intensyvumu.

Biologijoje ir medicinoje labai plačiai naudojamas galvos smegenų,raumenų ir kt. Elektrinio potencialo matavimai.matuojami ir atskirų ląstelių potencialai,kad ir su siauresniais kaip 1 mikrono skersmens elektrodais.Šis potencialas ,jo kaita, gali dauk ką pasakyti apie ląstelės gyvibingumą , jos gyvenimo ciklus.Taigi tam naudojami labai ploni stikliniai vamzdeliai,užpildyti laidžiu tirpalu.
Kadangi vamzdelių diametras mažas,elektrodai pasižymi didelia varža,todėl,norint užfiksuoti greitus
Potencialo pokyčius,naudojami specialūs stiprintuvai su atgaliniu ryšiu,turintys nepaprastai mažus įėjimo talpumus ir labai didelią įėjimo varžą.

Literatūra: ‘padio” 1981. Nr.1 ir kt. .

Leave a Comment