Az orvosi jelfeldolgozás egyes problémái

Az orvosi jelfeldolgozás egyes problémái
a) Jelek és osztályozási lehetőségeik, nagyságuk, összehasonlításuk
Jel: az a mennyiség, amely információt hordoz, továbbít vagy tárol. Vonatkozhat a rendszer állapotára, valamilyen folyamatra, jelenségre.
Fajtái: -statikus/változó (hőmérséklet-közelítőleg), -periodikus/nem periodikus (EKG), -impulzus/folyamatos (ingerület), -sztochasztikus/determinisztikus (-sugárzás), -elektromos/nem elektromos, -digitális/analóg (feldolgozás szintjén).
Átalakítása: Az eredetileg nem elektromos jeleket át kell alakítani a feldolgozáshoz. Követelmény, hogy a jel információtartalma ne változzék. Analóg – az átalakított jel időbeli lezajlása hasonló az eredetihez (pl: elektrokardiogram) és digitális – a jel pillanatnyi értékeihez valamilyen szimbólumrendszer elemeit rendeljük hozzá, többnyire számokat (pl: szívizom akciós feszültség változása – számérték sorozata).
Nagyságuk: a jelteljesítmények arányát használjuk összehasonlításra – ennek tízes alapú logaritmusát: bel vagy decibel skála (B v. dB): mivel a bel léptéke túl nagy, helyette a decibelt n(dB)=10 lg P2/P1 dB. P1: vonatkoztatási teljesítmény, P2: kérdéses teljesítmény. Ha a jel elektromos mennyiség teljesítmény helyett feszültség arányokat használunk n=10lg(U2/U1)2dB, azaz n=20lgU2/U1dB.
Eszközök csoportosítása: -pácienseszköz: diagnosztikai infok (EKG, hőmérő); -pácienseszköz: elektronikus jelet bocsátunk a rendszerre, hogy működési infot nyerjünk belőle (echokardiográfia); -pácienseszköz: elektromos jelet bocsátunk a rendszerre azért, hogy működését terápiásan befolyásoljuk (pacemaker).
b) Fourier-tétel
Fourier-tétel: egy tetszőleges egy dimenziós, periodikus f(x) függvény kifejezhető pozitív és negatív szinusz és koszinusz függvények lineáris kombinációjaként: (x) = 1/A(k)coskx.dk +B(k)sin kx.dk
Az összeg első tagja az alapharmonikus, az eredeti periodikus frekvenciájú jel, a többi komponens – felharmonikusok – frekvenciája az alap egész számú többszöröse. Mivel a fázisszög zérus vagy /2 lehet, a jel Fourier spektruma valójában csak pozitív és negatív szinuszos és koszinuszos tagokból áll.
Periodikus jelekre: tetszőleges periodikus jel előállítható sinusok összegeként az alap- és felharmonikusokból. f=1/T, ahol T periódusidő, f sinusos jel, alapharmonikus, 2f-3f-nf felharmonikusok.
Akármilyen „jól viselkedő” jel: tetszőleges jel előállítható sinusok összegeként, spektruma folytonos.
c) Elektromos erősítő, erősítés és annak frekvenciától való függése
Ha az információt hordozó jel teljesítménye nem elegendő erősíteni kell.
A funkcionális egység erősítőből és egyéb kapcsolási elemekből áll.
- kimenetén arányosan megnövelve jelenik meg a bemenetre kapcsolt jel
- leföldelik csökkentve a zavarfeszültséget
- bemenete fogyasztóként terheli a jelforrást (Rbe)
- következő funkcionális egység számára jelforrás, fogyasztóként terheli a kimenetet (Rki)
Jellemzői: - teljesítményerősítés (KP): kimenő és bejövő jelteljesítmény hányadosa KP= Pki/Pbe dBben: KP(dB)=10lgKPdB,
- feszültségerősítés (KU): KU=Uki/Ube, összefüggés: KP=KU2.Rbe/Rki – dBben: KP(dB)= (20lgKU+10lgRbe/Rki)dB. Ha Rbe=Rki, KP(dB)=20lgKUdB. Azaz 60dB erősítés: 106x teljesítmény, 103x feszültségerősítést jelent.
Az erősítés feltétele, hogy a feldolgozandó jel teljes tartományában független legyen a frekvenciától. A jel pontos megadásához a teljes frekvencia tartományt ismerni kell. Ha nem független a jel a frekvenciától, úgy az erősítés során torzulni fog, mivel a különböző frekvenciájú komponensek különböző mértékben erősítődnének.
Átviteli karakterisztika: az a frekvencia tartomány, amelyben az erősítés független a frekvenciától, pontosabban 3dB-en belül marad függése. Az fa az alsó határfrekvencia, az ff a felső határfrekvencia. Az erősítő átviteli sávjának le kell fednie a jel teljes frekvenciatartományt.
d) Visszacsatolás és következményei
A felerősített jelteljesítmény egy részét visszacsatolva a bemenetre interferencia alakul ki. Ha azonos fázissal adódnak össze a jelek pozitív (KV>0, KPV>KP), ha ellentétes fázissal, negatív (KV<0, KPVP) visszacsatolásról beszélünk. KV a visszacsatolási tényező, a visszacsatolt és kimenő teljesítmény hányadosa, 1-nél kisebb. P=Pbe+KVPki, az erősítendő jel és a visszacsatolt jel összeadódik, az erősítő tehát az eredő jelteljesítményt erősíti. A kimenő jelteljesítmény Pki=KPP-ként írható fel, ahol KP a visszacsatolás nélküli erősítő teljesítményerősítése. KPV pedig a visszacsatolt erősítő teljesítményerősítése, a kimenő/bejövő teljesítmény hányadosa: KPV=KP/1-KVKP. Pozitív visszacsatolás esetén növekedik a teljesítményerősítés de az elektronikus zajok is erősödnek – nő a torzítás. Negatív visszacsatolás csökkenti az erősítő torzítását, kiegyenlíti az átviteli karakterisztikát, ez az erősítő tulajdonságait javítja. Pozitív visszacsatolás szerepe: rezgésgenerátor – bemenő jel nélkül is van kimenő jel, ha KVKP=1.
e) Impulzusjelek feldolgozása, ID, DD, spektrum
Olyan diagnosztikai eljárások, melyeknek lényegéhez tartozik valamilyen eseménygyakoriság meghatározása. Pl: alakoselem konc., radioaktív izotópok térbeli eloszlása, mennyiségük időbeli változásának meghatározása.
Elvi felépítése: jelforrás – detektor (feszültségimpulzusok rendelése egyes eseményekhez) – erősítő – ID/DD (amplitúdó szerinti osztályzás) – további feldolgozás – számlálás, gyak. meghatározás – kijelzés, regisztrálás.
Diszkriminátorok: impulzusamplitúdó analízist végeznek, az elektromos jelekké átalakított információt szelektálják. ID: ún. küszöbszintnél nagyobb amplitúdó jelenik meg, valamennyi ilyen impulzust egyforma kimenő impulzussal jelenít meg. Szerepe: hasznos jel- és zajimpulzusok számarányának javítása, a küszöb optimális értéke ezen arány maximuma. DD: ún. csatornába eső értékeket jeleníti meg. Szerepe: impulzus amplitúdó spektrum elkészítése, spektrumanalízis pl: hematológiai automaták hisztogramjai.
15. Izotópdiagnosztika
a) Az izotópdiagnosztika alapelve; izotópdiagnosztikai módszerekkel nyerhető információk
A radioaktív izotópok sugárzásuk révén elárulják tartózkodási helyüket: útjuk, sorsuk nyomonkövethető (nyomjelzők).
Ugyanúgy képeznek vegyületeket mint stabilis társaik, viselkedésük is ugyanolyan (kémiai, biológiai, biokémiai folyamatokban) – egyáltalán semmilyen fiziológiás körülményt nem befolyásolnak.
Mivel az új izotópok megkülönböztethetők a régiektől és igen nagy érzékenységű detektorokkal kimutathatók, hatékonyságuk 6-8 nagyságrenddel jobb mint a mikroanalitikai módszereké.
Információk: in vivo: (kis anyagmennyiségek, a fiziológiás körülmények nem változnak) szervek működéséről, ill. zavaraikról – pajzsmirigy: radiojód, szcintillációs számlálóval mért aktív jód és jódtárolási görbe volt a diagnózis alapja ma már inkább in vitro Tc; vese: iv. gamma sugárzó izotóp - renográfia, veseműködés; nukleáris kardiológia: időben gyorsan végbemenő folyamatokat vizsgálnak - szívműködés (kamratérfogat), vérkeringés folyamata (perctérfogat - 1perc alatt mennyi vér jut az aortába), gamma kamerát vagy SPECT-et használnak, VVS-kettősjelzés: lebontás Cr, és regeneráció Fe, félélettartamuk 30 nap.
in vitro: előnye – megbízhatóbb és nincs sugárterhelés, de nem minden esetben váltható ki vele az in vivo; hormonok kimutatására (inzulin, sexuál, pajzsmirigy); immunglobulinok, epesavak; gyógyszerek (barbiturátok, morfin) kimutatására.
Radioimmun-analítikai módszer: (immunreakciók specificitását, izotóptechnológia érzékenységét ötvözi) kis mennyiségű, hasonló kémiai szerkezetű anyagok pl: hormonok koncentrációjának meghatározása, egymástól függetlenül.
RIA: radioimmuno-assay (antigén-antitest kölcsönhatás) A jelöletlen antigén leszorítja a radioizotóppal jelölt egy részét, a leszorítás mértéke a meghatározni kívánt jelöletlen antigén mennyiségétől függ.
b) Az izotóp kiválasztásának szempontjai
Lehető legkisebb dózisterhelés, ugyanakkor kimutatható legyen
Felezési idő: minél rövidebb legyen (kevesebb radioaktív atom kell ua.hoz az aktivitáshoz), izotópgenerátorra van szükség
Sugártípus: detektálás és megterhelés aránya - a korpuszkuláris sugártípusok nagy megterhelést jelentenek, detektálásuk sem jó (hamar elnyelődnek), -sugárzás kevésbé adszorbeálódik: kemény sugárzás (kevéssé terhelő, de a detektálása rossz), vagy lágy (jobban elnyelődik NaI(Tl) kristályban is, könnyebb detektálni, de terhelőbb) – kompromisszum: középút. Megfelelő anyag pl: 99Tc43 – rövid felezési idő, 140keV energiájú gamma fotonokat emittál.
Aktivitás: minél nagyobb (jobban észlelhető) legyen, T minél kisebb, annál kevesebb radioaktív atom kell, adott aktivitás eléréséhez. =N/T
Előállítás: helyben (nagy aktivitás, gyors bomlás) izotópgenerátor (technécium), ciklotron
Megfelelő izotóp: technécium, radiofarmakonok (radioaktív atommal, sokféle vegyületet tudnak jelezni)
c) Izotóp-felvételi görbe
In vivo vizsgálatnál, ha az anyagmennyiség csökkenését radioaktív úton megvizsgáljuk, az aktivitás az anyag kiürülése mellett a fizikai bomlás miatt is csökken. A szerv anyagcsere-folyamatainak időbeli követése az izotóp felvételi görbével történik. Általában a szervben megjelenő aktivitást, a beadott aktivitás %-ában ábrázoljuk az idő függvényében.
Legfontosabb paraméterei:
- az aktivitás megjelenéséig eltelt idő (T0), az izotóp beadásától számítjuk, a görbe emelkedő szakaszának extrapolálásával határozzuk meg. A minimális átfolyási idő a radioizotópot transzportáló rendszerben a vizsgált részlet előtti szakaszok áteresztőképességét jellemzi.
- az első, emelkedő fázis meredeksége jellemzi a szerv kiválasztási sebességét (clearance)
- a görbe maximuma, az időpont (Tmax) mellett páros szervek esetén az érték (Amax) is fontos paraméter, a felvevő és kiválasztóképességre utal
- felezési idő (T1/2) a leszálló ág legfontosabb paramétere, a kiürülés mértékét jellemzi
- görbe alatti terület, két időpont között számított integrálja megadja az ez idő alatt meglévő átlagos izotóptartalmat
Ha a mérést fantomhoz viszonyítjuk, akkor a fizikai feleződést az adatok nem fogják tartalmazni, a tárolási görbe leszálló ágából közvetlenül a biológiai felezési idő nyerhető.
d) Gammakamera (felépítése, működése és alkalmazása)
Diagnosztikai célból a szervezetbe juttatott radiofarmakon térbeli eloszlásának 2Ds vetületét, annak időbeli változását regisztrálja. Feloldása jó, működése gyors - sec.ként akár 10 eloszlási kép, ezért gyorsan zajló folyamatok megjelenítésére is alkalmas pl: agyi keringés.
Szummációs kép: nincs tekintettel az izotóp mélységbeli eloszlására.
Szcintigram: eloszlási kép, izotóp koncentráció szerint színkódolt.
Felépítése:
- sokcsatornás ólomkollimátor, mely csak a merőlegesen érkező sugarakat engedi át
- szcintillációs detektorkristály (NaI(Tl))
- fényvezető réteg: a szcintilláció fénye szétterjed
- fotoelektron sokszorozó: a fényvezető réteg miatt egy -foton beérkezését több fotoelektronsokszorozó is észleli, de a szcintilláció helyétől való távolság szerint különböző amplitúdójú spektrumokkal jelzi.
- számítógép, képernyő
Fajtái: statikus és folyamatfelvételek a ROI(region of interest)ről.
e) SPECT, PET
SPECT: fotonemissziós számítógépes tomográfia – A -kamerát a páciens körül, testtengelyre merőlegesen, áll. sebességgel körbeforgatjuk, a számítógép letárolja a szummációs adatokat – tetszőleges metszeti kép (3. dimenzió). 30-50 cm vastag testszelvény aktivitástartalmának térbeli eloszlását egyszerre vizsgálja.
Pozitronszkenner (PET elődje):
- egymással szemben elhelyezett szemben elhelyezett gamma-detektorok (pl: agydaganat),
- csak a szétsugárzódó pozitronokat számolja
- számlálás csak akkor, ha mindkét detektoron egyidőben halad át foton (koincidencia párok) - feltűnő gyakorisággal akkor számol, ha a góc a mérőfejek csatornájába esik
PET: pozitronemissziós tomográf – jelzőanyag: pozitronsugárzó izotópok.
Detektorai: a pozitron-elektron rekombinációkor ellentétes irányban szétsugárzódó -fotonpárokat észleli.
Működtetéséhez szükséges ciklotron, ami alkalmas radioizotópot állít elő.
Számítógépes PET:
- gyűrű alakban helyezkednek el a detektorok, egymás mellett több gyűrű is van (pl: 8 gyűrű, 512 detektor/gyűrű) – gyors
- nem csak az egymással szemben lévő detektorok koincidenciapárok
- ha a jel nem egyszerre ér a detektorhoz, nem középen volt a szétsugárzás, a számítógép kiszámolja a pontos helyét
16. Sugárterápia
Bev: főként daganatterápiában használják – oka: gyorsan osztódó és differenciálatlan sejtek érzékenyebbek a sugárzásra.
a) A sugárterápiában használatos sugárzások elnyelődése és ionizációja szövetekben
Általában kemény röntgen és -sugárzást, felgyorsított elektronokat és -sugárzást használnak. Kutatás folyik a neutronok, protonok, nehéz ionok és pionok felhasználására is.
Nagyenergiájú fotonok használatát a kedvező dóziseloszlás indokolja. A sugárzás keménységével együtt úgy kell megválasztani, hogy a dózismaximum az elpusztítandó szövetben legyen.
Még mélyebben fekvő szövetek kímélése szempontjából nagyenergiájú elektronok a megfelelőek. A nehezebb töltött részecskék (protonok, neutronok) esetén is megfigyelhető ez a kedvező dózis-eloszlás, ionizáló képességük viszont pályájuk vége felé nő. Kis energiájú dózis monoton csökken, sugárnyaláb széttart, extinkció.
Kontakt-eljárások: a test felületére vagy a kóros szövetre rögzítik a sugárzó anyagot. Követelmény, hogy a sugárzás optimálisan és egyenletesen érje a szöveteket. Fajtái: zárt – a sugárzó anyag nem távozik el (pl: tű, gyöngy - Co, Cs); nyitott sugárforrások – ha eltávozhat, ill. oldatba vitt radioizotópok (pl: radiojódos pajzsmirigy-kezelés, ahol kb 5 napig sugároz a beteg, ezüst izotóp oldat, a daganatszövetbe infiltrálják).
Az és -sugárzásokat önmagukban kis áthatolóképességük miatt nem használják.
A neutron sugárzás nem a legmegfelelőbb mert izotópokat képez, kinetikai energiáját átadva.
A protonsugárzás lenne a legjobb, de igen drága és gyorsítóval kell előállítani.
b) Részecskegyorsítók (lineáris gyorsító, ciklotron)
Ciklotron: vákuumba helyezett lapos, henger alakú fémtest, mely átmérője mentén ketté van szelve. A gyorsító feszültség (néhány százezer volt) a doboz két oldalán lévő duánsokra van kapcsolva, térerő csak az elektródok közötti résben van. Középen van az ionforrás – gyorsítandó ionokkal. Ezek csavar vonal mentén mozognak, s egy körbefutás során kétszer gyorsítja őket a tér, méghozzá ellenkező irányban. A gyorsulás létrejöttéhez tehát váltakozó erőtér szükséges (megfelelő frekvenciájú váltófeszültség). A pálya görbülését mágneses erőtér hozza létre, erővonalai a doboz síkjára merőlegesek – a sebesség növekedésével a pálya sugara nő, a felgyorsult ionok végül az ablakon át kilépve esnek a céltárgyra.
A felgyorsított részecskék diagnosztikai szempontból fontos magreakciókat hoznak létre – kedvező paraméterekkel rendelkező izotópokat hoznak létre: rövidebb felezési idejű, kisebb sugárterhelés, egyidőben több vizsgálat, tisztán -sugárzó. Terápia területén: protonok és nehéz részecskék, ill. deuteronok ütköztetésével neutronok nyerése, kívánság szerinti energiával.
Lineáris gyorsító: ionokat és elektronokat egyaránt gyorsít (e- kemény röntgensugár keltésre), a részecskék egyenes vonalú pálya mentén gyorsulnak nagyfrekvenciás váltófeszültségre kapcsolt csőszerű elektródokban, ahol erőtér csak a köztük lévő résekben van. Az elektródok hossza egyre növekszik, mivel ua. idő alatt növekvő sebességgel futnak – egyre hosszabb utat. A módszer nagy intenzitású nyalábok és homogén besugárzási mezők előállítására alkalmas (terápia).
c) A besugárzott góc környezetének kímélése a besugárzás geometriai körülményeinek megválasztásával
A terápiás célból besugárzott góc általában daganatos sejtburjánzás, mely igen gyorsan osztódik, így a sugárzásokra érzékenyebb szemben a differenciált, kevésbé osztódó sejtekkel.
Kemény -sugárzásnál távolbesugárzást használnak, ahol kobalt és cézium ágyúktól 20-80cmnyi távolságban lévő szövetet sugároznak (ezek ill. sugárzást is kibocsátanak, de az elnyelődik a sugárzó fej falában).
-sugárzás előnyei a röntgennel szemben: meghatározott energiájú fotonokat emittál (vonalas spektrum), növelhető a relatív mélydózis, csökkenthető az oldalirányú szóródás, külső réteg kímélése.
Sugárterhelés csökkentés céljából megoldható, hogy a terápiás sugárforrás körpályán mozogjon folyamatosan a célpontra tartva, pl: agytumor esetén. Így az egyes szövetrészek kisebb besugárzási dózist szenvednek el. Alternatívája a gamma-kés módszer.
Relatív mélydózis: bőr alatti góc által felvett dózisnak a test felületén mért dózishoz (bőrdózis) való viszonya. Ha a távolság nő, abszorpció csökken, de a rel. mélydózis nő.
d) A gamma kés
A gamma kés -fotonokat sztereotaxiás irradiációhoz alkalmazó eszköz, azaz olyan terápiás készülék, mely több sugárforrást használ a feladat elvégzéséhez, így kevesebb sugárzás éri a célpont előtti szervrészleteket. pl: agytumoroknál
17. Környezeti ártalmak és egészségkárosító következményeik
Bev: Az ionizáló részecskék az élő szervezetet károsítják – direkt és indirekt módon. A töltött korpuszkulák közvetlenül, a röntgen- és gamma-fotonok, neutronok közvetve ionizálnak. A direkt hatás során a kulcsszerepű molekulában (pl: DNS, mivel igen nagy) történik károsodás, míg az indirekt hatásnál a vízből keletkező hidrogénperoxid közvetítette szabad gyökök váltják ki végső soron ugyanazt az eredményt – biokémiai reakciók megváltozása, mutáció.
a) Sztochasztikus és determinisztikus egészségkárosodás, jellemzésük
Sztochasztikus hatás: véletlenszerű károsodás, mely során a sugárzás módosult szomatikus sejtet hoz létre, mely tovább szaporodhat, későbbiekben tumort kialakítva. Nem rendelhető hozzá küszöbdózis, létrejötte viszont arányos az elszenvedett dózissal, de a betegség súlyossága nem függ tőle.
Determinisztikus hatás: kialakulása küszöbdózis fölött történik károsodás ez alatt is van, csak nem érzékelhető, minimális túllépés után szinte 100% valószínűséggel. A dózis nagyságával a károsodás súlyossága is fokozódik, jellemzi az elnyelt dózis. Kialakulását közvetlenül az adott szövet(ek)ben elpusztuló sejtek mennyiségének bizonyos határ fölé emelkedése okozza. Súlyossága:
1-2 Gy enyhe sugárbetegség – 2-3 órán belül hányás, fehérvérsejtszám csökkenés
2-4 Gy közepes sugárbetegség – vérlemezkék számának csökkenése vérzékenységet, a jelentős fehérvérsejtszám csökkenés a fertőzésekkel szembeni védekezés gyengülését okozza
4-5 Gy félhalálos dózis – kezelés nélkül a betegek 50%a meghal
6 Gy < halálos dózis – gyomor-bélrendszeri, idegrendszeri tünetek is megjelennek, majd halál
Orvosi alkalmazása: daganatos gócok elpusztítására
b) Példák az ionizáló sugárzás, UV-sugárzás, ill. vegyszerek által okozott egészségkárosodásra
UV-sugárzás UV-C(100-280nm),UV-B(280-315nm),UV-A(315-400nm), szemre gyakorolt hatás: mértéke függ a fény intenzitásától és a hatás időtartamától.
-UV-A, UV-B hosszabb hullámhossztartományai a szaruhártyában és a szemlencsében nyelődnek el. Lencsehomályt (cataracta), szaruhártya-gyulladást (photokeratitis), kötőhártya-gyulladást (conjunctivitist okoznak)
-UV-C, IR-B, IR-C nem hatolnak át a szem külső részén – szaruhártya gyulladását, égési sérülését okozzák.
Bőrre gyakorolt hatás: függ a behatolás mélységétől, és a sugárzást elnyelő festékmolekula milyenségétől
-UV-C, UV-B rövidebb tartománya a bőr elszarusodott hámrétegében nyelődik el, amely megvéd a komolyabb károsodástól
-UV-B, hosszabb és UV-A tartományok behatolnak a hámrétegbe, sőt a 400 nmes fény 40%a még az irhába is bejut, photocarcinogenesist létrehozva, rosszindulatú bőrdaganatot kiváltva.
UV-B: nukleinsavak, fehérjék, aromás aminosavak nyelik el;
UV-A: hemoglobin, karotinok, bilirubin, melanin adszorbeálják
Az UV-A/B/C okozta bőrpír fontos indikátora a bőr fényterhelésének (minimális erythema dózis), melyet a nukleinsavak sérülése és az ebből fakadó gyulladás okoz.
UV hiánya viszont angolkórhoz vezet.
Ionizáló sugárzás: determinisztikus és sztochasztikus hatásokból fakadó károsodások – daganatképződés, fehérvérsejt, vérlemezke szám csökkenés – immungyengeség, vérzékenység, gyomor-bélrendszeri, idegrendszeri tünetek, hajhullás, hányás
Vegyszer: a folyamat első láncszemei térnek csak el az ionizáló sugárzás sztochasztikus hatásától - molekuláris szintű károsodásokból kialakuló „láncreakció” mely során a daganatok áttétei halálhoz vezetnek. Közvetlen hatás: savak, lúgok maró hatása, CO hemoglobin inaktiválása – fulladás.
c) Primer fotofizikai, radiofizikai események, vegyszerhatás
foton primer fotofizikai esemény fotokémiai reakció (pl: UV-B, C hatása DNS-re - nukleotidbázisok felveszik, kovalens kötéssel ciklobután gyűrűket hozhatnak létre, azaz timin dimerizáció történik) biológiai hatás (káros, maradandó mutáció, ebből akár daganat)
Vegyszerhatás: károsító anyag lehet aktív – közvetlen kölcsönhatás (pl: alkilező szerek); anyagcsere-folyamatok révén aktiválódhat – etilén, benzpirén; inaktiválódhat is anyagcsere révén
Károsító vegyszerek szűrése: in vitro tesztek
d) A sztochasztikus károsodás kialakulásának fontosabb lépései
Aktivált vízgyökök keletkezése Makromolekula DNS primér sérülése károsodása biokémiai mechanizmusok károsodása mutáció morfológiai változás sejtpusztulás szervezet pusztulása
18. Ionizáló sugárzások dozimetriája
Bev: Az ionizáló sugárzás káros az emberi szervezetre, hatása azonnal jelentkezhet, vagy csak évek múltán. Szükség van olyan mennyiségre, mellyel a különböző sugárzásokat évek múltán tudjuk jellemezni. A sugárzások dozimetriája ezzel foglalkozik, csak a szervezetben elnyelt energia fontos.
a) Fizikai, biológiai dozimetria. az alkalmazások célja
Alkalmazások célja: a különböző sugárzások jellemzése a biológiai hatás szempontjából.
Dózis: gyógyszertanból átvett fogalom, a szervezetbe bevitt, tömegegységre jutó gyógyszermennyiséget jelenti.
Sugárdózis: csak a szervezet által felvett és biológiailag hatásos sugármennyiség, tömegegységre vonatkoztatjuk (az áthaladt sugárzást figyelmen kívül hagyjuk).
Fizikai dozimetria: meghatározni, adott esetben a szövetekben a kérdéses helyen elnyelt energiát.
Biológiai dozimetria: ismeretlen nagyságú dózisra kell következtetni változásokból. Az elnyelt energia, valamint fizikai, kémiai és biológiai tényezők szerepe.
b) Elnyelt dózis, besugárzási dózis (definíciók, egységek, érvényességi körök)
Elnyelt dózis: legalapvetőbb dózisfogalom, mindenféle ionizáló sugárzásra alkalmazzák: D=E/m (elnyelt energia/testrész tömege) Mértékegysége: J/kg, gray - Gy A determinisztikus hatást jellemzi, valamint a sugárterápiában használják.
Besugárzási dózis: csak röntgen- és -sugárzás jellemzője, a levegőben jelentkező ionizálóképességet adja meg. A szövet által elnyelt sugárzásra következetni kell. X=Q/m=Q/(.V) a m tömegű és V térfogatú levegőben ionizáció formájában felszabaduló pozitív\negatív (Q) töltésmennyiség. Jele: X, egysége: C/kg (régebben R, röntgen). Ha a szövet valamely helyén besugárzási dózisról beszélünk, akkor azt az ionizációt jellemezzük, amit a rtg/ sugárzás az adott helyen létrehozna, ha ott levegő lenne.
c) A besugárzási dózis mérése
Azzal a töltéssel mérjük, ami elektonegyensúly esetén az egységnyi tömegű levegőben ionizáció folytán szabaddá válik Két módszer létezik, az elsőt használjuk besugárzási dózis mérése esetén:
- a töltéssűrűség a választott, levegővel telített, üregben ugyanannyi, mintha levegő venné körül – az üreg falvastagságának megfelelő, levegőekvivalens (a sugárzás elnyelődése és szóródása szempontjából a levegőhöz hasonlóan viselkedő anyagok) megválasztásával érhető el – tehát amennyi töltés a sec. elektronok kilépése miatt elvész, ugyanannyi a környezetből pótlódik, ez elektronegyensúlyra vezet.
- Bragg-Gray elv: egyáltalán nem törekszünk elektronegyensúlyra, az üregben a szekunder elektronok sűrűsége ugyanakkora mint a szövetben – igen vékony fal, vagy szövetekvivalens anyag és az üreg elég kicsi a sec. elektronok szövetben mért hatótávolságához képest, szabad vándorlás.
- Miért levegőben: egyszerű, pontos mérés, jól reprodukálható - ezért kalibrálásra használják. Másrészt a levegőben keltett ionizáció olyan sugárhatás, mely a biológiai hatásokkal (hullámhossztól függetlenül) párhuzamos. Oka: az abszorpciós állandók viszonya levegőben és szövetekben különböző hullámhosszra állandó, valamint a sugártermelésre jutó energia is független a hullámhossztól, e-nál szövetben, levegőben 34eV. Más körülmények között ez nem mondható el, pl: a filmfeketedés kül. keménységű sugárzásoknál változatlan, biológiai hatás kül. keménységű sugárzásnál különböző, viszont a hullámhossztól függ a film feketedése, míg a biológiai hatás nem.
Gyakorlati alkalmazás: kisméretű ionizációs kamrákkal (V akár 1cm3 alá vihető, így testüregben is használható pl: rtg sugárzás közben), foton és elektronsugárzás mérése, kalibrálás és diagnosztika. Gyűszűkamra (fala az egyik szigetelten benyúló rúd az egyik elektród, a másik a mérőelektród, légtere a mérőtér) – kamrafal: anyag és vastagság megválasztása a levegő (0,6MeVig) vagy szövetekvivalencia (nagyobb E) alapján. Alsó energiatartományban fotondetektor (kamra falában elnyelt fotonok a mérés alapja) – besugárzási dózist mér, amiből következtetni lehet az elnyelt dózisra, felsőben elektrondetektor (környezetből bejutó szekunder e-k) – szövetekben elnyelt energia. Nagyobb energiánál elektrondetektornak nevezzük, a kamrába bejutó sec. elektronokat méri, közvetlenül jutunk a szövetben elnyelt energiához.
d) Levegőben, ill. szövetben elnyelt dózis számítása a besugárzási dózisból
Levegő esetén: az elektron töltésmennyiségéből (1,6.10-19C) következik, hogy 1 C/kg dózis 1019/1,6 elektron felszabadítása, ionpár keletkezése révén adódik. Egy ionpár 34eV (34.1,6.10-19J) energiát emészt fel, tehát 1019/1,6 ionpár keltéséhez 34J energia kell 1 C/kg besugárzási dózis (X) levegő esetén 34 J/kg(Gy) elnyelt dózissal (Dlev) egyenértékű: Dlev=f0.X ahol f0=34 Gy/C.kg-1. Mivel ez könnyen számítható széleskörűen használják.
Szövetek esetén ugyanez a fotonsugárzás nagyobb energiaveszteséget szenved a tömegabszorpciós állandók arányában, mert a szövetek elnyelőképessége nagyobb mint a levegőé - Dszöv/Dlev=mszöv/mlev Dszöv=(mszöv/mlev). f0.X. Az elnyelés lágy szövetek esetén ~ független a sugárzás hullámhosszától.
A Bragg-Gray elv szerint (elektronsug) a tömegfékező képességek határozzák meg az elnyelt dózist szövetben (m-el ekvivalensen).
19. Az ionizáló sugárterhelés és forrásai
Bev: Az ionizáló részecskék az élő szervezetet károsítják – direkt és indirekt módon. A töltött korpuszkulák közvetlenül, a röntgen- és gamma-fotonok, neutronok közvetve ionizálnak. A direkt hatás során a kulcsszerepű molekulában (pl: DNS) történik károsodás, míg az indirekt hatásnál a vízből keletkező hidrogénperoxid közvetítette szabad gyökök váltják ki végső soron ugyanazt az eredményt – biokémiai reakciók megváltozása, mutáció.
a) A sztochasztikus sugárhatás, egyenértékdózis, effektív dózis
Sztochasztikus hatás: véletlenszerű károsodás, mely során a sugárzás módosult szomatikus sejtet hoz létre, mely tovább szaporodhat, későbbiekben tumort kialakítva. Nem rendelhető hozzá küszöbdózis, létrejötte viszont arányos az elszenvedett dózissal, de súlyossága nem függ tőle.
Kialakulása: Aktivált vízgyökök keletkezése Makromolekula DNS primér sérülése károsodása biokémiai mechanizmusok károsodása mutáció morfológiai változás sejtpusztulás szervezet pusztulása
Egyenértékdózis (HT): Valamely T szövetben, vizsgált R sugárzásra ismert DT,R elnyelt dózist átlagos értéke megszorozva a sugárzásra jellemző wR sugárzási súlyfaktorral (mely kifejezi, hogy az adott sugárzás hányszor hatékonyabb a sztochikus hatás kiváltásában a röntgen-, ill. gamma-sugárzáshoz képest), megkapjuk HT, egyenértékdózist – HT = wR.DT,R. Ha több komponensből áll: HT=WR.DT,R. Egysége: sievert (Sv)
Effektív dózis: az egyenértékdózisból származtatott mennyiség, a sugárterhelést szenvedő szövetre jellemző súlyfaktorral (wT) súlyozva. A gonádok és a vöröscsontvelő az itt történő intenzív osztódás miatt a legsérülékenyebb szervek. Súlyfaktor: megmutatja, hogy az adott szerv milyen hányadban vesz részt a teljes károsodásban, ha homogén sugárzás érte az egész testet: E=wT.HT. Az egész testet ért terhelés kiszámítása: a súlyozott szervdózisokat összeadjuk.
b) A háttérsugárzás eredete, biológiai jelentőssége
Természetes forrás, a kozmikus, környezeti és inkorporált sugárzás összege. Évente kb. 2mSv effektív dózist jelent, amit károsodás nélkül viselünk el. Ennél nagyobb sugárterhelés esetén azonban fellép a sztochasztikus hatás, esetleges daganatképződés. 1Sv dózisnövekmény 4-7% valószínűséggel okoz daganatot. Mértéke függ a környező széntüzeléses erőművektől kezdve, a tengerszint feletti magasságon át (kozmikus sugárzás) az alkalmazott építőanyagig.
c) Az orvosi tevékenységből származó sugárterhelés, egybevetése a háttérsugárzással
Diagnosztikai és terápiás beavatkozás során is történik sugárterhelés: évi átlagos értékük 0,4-1,0 mSv/személy, mely főként röntgendiagnosztikából származik és elsősorban a fejlett országok lakóit éri. Az orvosi kezelések során az alkalmazott sugárzás már egyetlen alkalommal elérheti, sőt 3-4xére is meghaladhatja az éves háttérsugárzás szintjét – fontos tehát, hogy csak a tényleg szükséges vizsgálatokat végezzük el.
d) A nukleáris eseményskála; súlyos nukleáris baleset
Háborús (1945, Japán) és békés (1986 Csernobil) felhasználás során is előfordulhat nukleáris katasztrófa. Egészségkárosodás szempontjából ilyenkor rövidtávon (néhány perc-óra) és helyben determinisztikus hatással (sugárbetegség), hosszú távon és nagy területen sztochasztikus hatással számolhatunk. A determinisztikus hatásskála eseményei:
1-2 Gy enyhe sugárbetegség – 2-3 órán belül hányás, fehérvérsejtszám csökkenés
2-4 Gy közepes sugárbetegség – vérlemezkék számának csökkenése vérzékenységet, a jelentős fehérvérsejtszám csökkenés a fertőzésekkel szembeni védekezés gyengülését okozza
4-5 Gy félhalálos dózis – kezelés nélkül a betegek 50%a meghal
6 Gy < halálos dózis – gyomor-bélrendszeri, idegrendszeri tünetek is megjelennek, majd halál
A nukleáris baleset súlyosságát az emittált aktivitás adja meg, pl Csernobilnél ez terra Bq-ben volt mérhető. Nagy távolságokban levegőben, vízben szállítódva a környezeti sugárzást növeli, valamint a táplálkozási láncban, belélegzett levegőben, elfogyasztott vízben felhalmozódva a jód, cézium és más középnehéz magok inkorporálódásával károsíthat.
20. Az ultraibolya sugárzás dozimetriája
Bev: a foton elnyelődése során gerjesztés vagy ionizáció által primer fotofizikai eseményt vált ki. Ebből jön létre a fotokémiai reakció majd a biológiai hatás. A fotokémiai reakcióknak két csoportja ismert: direkt és indirekt. A direkt hatás azon a molekulán történik mely a biológiai hatás (pl: mutáció) szempontjából fontos. Az indirekt hatásnál az abszorbens vagy átadja az energiáját (fotoszint) vagy reakcióba lép a biológiai hatásban szerepet játszó molekulával (fotokemoterápiás szerek, replikációt gátolják, UV hatására DNS-sel kovalens kötést hoznak létre - különösen a gyorsan osztódó sejtekben).
UV-C (100-280nm), UV-B (280-315nm), UV-A (315-400nm), VIS (400-800nm), IR-A, IR-B, IR-C (800-106nm)
a) A napsugárzás pozitív és negatív (káros) hatásai
Nap-sugárzás szemre gyakorolt káros hatása: mértéke függ a fény intenzitásától és a hatás időtartamától.
-UV-A, UV-B hosszabb hullámhossztartományai a szaruhártyában és a szemlencsében nyelődnek el. Lencsehomályt (cataracta), szaruhártya-gyulladást (photokeratitis), kötőhártya-gyulladást (conjunctivitist okoznak)
-UV-C, IR-B, IR-C nem hatolnak át a szem külső részén – szaruhártya gyulladását, égési sérülését okozzák.
Bőrre gyakorolt káros hatás: függ a behatolás mélységétől, és a sugárzást elnyelő festékmolekula milyenségétől
-UV-C, UV-B rövidebb tartománya a bőr elszarusodott hámrétegében nyelődik el, amely megvéd a komolyabb károsodástól
-UV-B, hosszabb és UV-A tartományok behatolnak a hámrétegbe (0,2mmig), sőt a 400 nmes fény 40%a még az irhába is bejut, photocarcinogenesist létrehozva, rosszindulatú bőrdaganatot kiváltva.
UV-B: nukleinsavak, fehérjék, aromás aminosavak nyelik el;
UV-A: hemoglobin, karotinok, bilirubin, melanin abszorbálják
Legmélyebben az IR-A, B hatolnak a bőrbe.
Az UV-A/B/C okozta bőrpír fontos indikátora a bőr fényterhelésének (minimális erythema dózis), melyet a nukleinsavak sérülése és az ebből fakadó gyulladás okoz.
Pozitív hatás: UV hiánya viszont angolkórhoz vezet, szükséges az A vitamin előállításához, pigmentálódást okoz, ami a káros tartományokkal szemben valamelyes védelmet ad, fotoszintézis – az élet megjelenésének alapfeltétele 6H2O + 6CO2 + Efény C6H12O6 + 6O2.
b) A magaslégköri ózonfogyás következményei
Ózonréteg vékonyodása: UV-B sugarak fokozott átjutása (UV-Ct teljesen elnyeli), biológiai károsító hatásai érvényesülnek. Oka: légkör szennyeződése, freon, N és C-oxidok.
c) Biológiailag hatásos UV-dózis, spektrális érzékenység, hatásspektrum, mérési lehetősségek
Hatáskeresztmetszet: az a felület, amit egy objektum a vizsgált hatás szempontjából egy beeső foton felé mutat. Minél nagyobb, annál érzékenyebb a molekula. Célja összehasonlítás.
Kvantumhatásfok: a fotokémiai reakciókban átalakult molekulák vagy a fény hatására biológiai választ mutató részecskék aránya egy elnyelt fotonra vonatkozóan (pl: 254nmnél az uracil-dimerképződés hatásfoka: 0,5). Függ a fény hullámhosszától.
Hatásspektrum: adott fotobiológiai hatást kiváltó fény hullámhossz tartománya, melytől a hatáskeresztmetszet, ill. kvantumhatásfok nagysága függ. Megadja, hogy mely hullámhosszak a leghatékonyabbak a vizsgált hatás kiváltásában. Függ a fény hullámhosszától (pl: DNS-sérülés -tart. szerint, vagy fotoszintézis).
Hatásos UV-dózis: DNS-sérülésre nézve 260nmnél maximális, hosszabb hullámhosszak felé nagyságrendekkel csökken.
Mérés: Fényenergia átalakítható elektromos vagy hőenergiává, ami jól mérhető: fényelektromos hatáson alapuló intenzitásmérés (fotoáram ~ intenzitás), függ a frekvenciától; termoelem (termofeszültség ~ intenzitással); fotokémiai hatás (feketedés ~ intenzitással).
21. Anyagszerkezeti családok (rend, rendezetlenség), tulajdonságok
a) Gázok, folyadékok
Gáztörvények: általános – p.V=N.k.T=n.R.T ahol R az egyetemes gázállandó (független a gáz minőségétől) = 8,314 J/mol.K, k a Boltzmann állandó, értéke 1,36.10-23 J/K.
A gáztörvény akkor érvényes, ha ideális gázokat vizsgálunk: elhanyagolható molekulák közti kölcsönhatás (rugalmas ütközések), állandó, rendezetlen, egyenes vonalú, egyenletes mozgás, pontszerű molekulák.
Gáznyomás értelmezése: a rugalmas ütközések nyomást fejtenek ki, ha ez gyakran következik be – áll. nyomóerő. p=1/3.c.mv2, ahol c=N/V a molekula koncentráció, v2 a sebességnégyzetek számtani közepe, m pedig egyetlen molekula tömege. Avogadro állandó: c állandó, azonos nyomás és térfogat mellett – 2,69.1025 m-3.
Hőmérséklet értelmezése: pV=1/3.N.mv2, pV=nRT, tehát 1/3Nmv2=nRT. N/n a Loschmidt-féle szám: L=6.1023mol. 1/3mv2=RT/L, ahol R/L a Boltzmann állandó (k=1,38.10-23J/K). 1/2mv2=3/2kT azaz a közepes kinetikus energia egyenesen arányos az abszolút hőmérséklettel, a hőmérséklet (T) emelkedése-csökkenése a közepes kinetikus energia emelkedés-csökkenését okozza, ami energia befektetés-leadást okoz.
Maxwell-féle sebességeloszlás: a sebesség és relatív molekulaszám függvényében a hőmérséklet növekedésével a nagyobb sebességek gyakoribbá válnak (0 fokon átlag 350m/s, 100 fokon 450 m/s). Az ábrázolt görbék aszimmetrikusak, a közepes sebességek eltérnek a legvalószínűbb sebességektől (kissé nagyobbak tőlük). A hőmérséklet emelésével a görbe jobbra tolódik, kisebb sebességek ritkábbá, nagyobbak gyakoribbá válnak.
Kinetikus hőelmélet: a reális gázmolekulák haladó mozgáson kívül forgó, a molekulákat felépítő atomok pedig rezgő mozgást is végeznek. Kinetikus energiájukat figyelembe kell venni. A hőmérséklet emelésekor mindegyik mozgás energiája növekszik.
A szilárd testek és folyadékok molekulái is állandó, rendszertelen mozgást végeznek, tehát egy testet melegíteni annyi, mint növelni molekuláinak közepes mozgási energiáját.
Folyadékok: szerkezetük átmenet szilárdtest és gáz között. Rövid távú rendezettség: az olvadáspont közelében megfigyelhető bizonyos fokú rendezettség, ami a hőmérséklet növelésével csökken. Olvadáspont közelében a folyadékok megolvadt kristályként, kritikus hőmérsékleten pedig cseppfolyósított gázként viselkednek. A rendezettség néhány száz molekulára kiterjedő blokkokban jelentkezik (egymáshoz képest rendezetlenek), melyek száma a hőmérséklet növelésével csökken. Állandóan felbomlanak, újraalakulnak – izotrópok (tulajdonságaik iránytól függetlenek). A hőmozgás rezgőmozgás jellegű, vakanciák száma nagy – gyakori helyváltoztatás, transzláció cseppfolyósság.
b) A víz különleges tulajdonságai
- élet kialakulása és fenntartása
- megfagyásakor kisebb sűrűségű, tetraéderes szerkezetű jég keletkezik, mely a víz tetején szigetel
- 4 fokon maximális sűrűség, tömör, klatrált pentagonális dodekaéder szerkezet
- nagy hőkapacitás, mivel a H-hidak felszakítása sok E igényel (csökkenti a drámai hőingadozásokat)
- nagy fajhő, a hidrogén kötések miatt
- nagy párolgáshő, felesleges hő gyorsan leadódik
- nagy felületi feszültség (sejtmembránok lipidrétegek kialakulása)
- jó oldószer (nagy dipólusmomentum) és reakcióközeg
- kötött víz: más a szerkezete, fagyáspontja alacsonyabb (sózás)
c) Szilárdtestek szerkezete, egykristályok. mikrokristályok
Szilárdtest: kristály, szerkezeti sajátság. Az egymáshoz kapcsolt atomok elektronszerkezete határozza meg, energiaminimum jellemzi. Hosszú távú rend uralkodik benne.
- magányos atomok, egyszerű molekulák esetén a kötött elektronok jól definiált energiaszinteken vannak, ehhez csatlakoznak a leszakadt elektronok energiatartománya
- az alkotórészek közötti kölcsönhatás miatt nem szigorúan kötöttek az e-ok (kicserélődhetnek, főleg a vegyértékelektronok), de nem is teljesen szabadok (az alkotórészek közötti erőtérben mozognak)
- összefüggő rendszerek esetén periodikus felépítésűek
- közeli rend
- távoli rend – egész kristályokra kiterjed
Rácsrezgés: az atomi rendszerek, pl: kristályok alkotórészei nincsenek nyugalomban, egyensúlyi helyzetük körül rezegnek, forognak. Rezgéseiket minden irányban (3D) végezhetik, de nem egymástól függetlenül, mivel az alkotórészek között erők hatnak. Fajtái: rugalmas rezgés (akusztikai), optikai – dipólus rezgés (elektromos dipólusmomentum változás kíséri, IR sugárzást emittál). Tovaterjedésük során bizonyos helyeken erősítik, gyengítik egymást, hibákon szóródnak. Ebből következik, hogy még a legstabilabb rendszerekben is állandó folyamatok zajlanak. A kristályokban fonontér van, rezgésük korpuszkulárisan terjed, kvantumai a fononok, az akusztikai rezgéshez hasonlóak. Külső hatások megváltoztathatják a rendszer fononspektrumát.
Egykristály: tökéletes, hibátlan kristály.
Mikrokristály: valódi kristályokban előforduló rendezett részletek
d) Kristályhibák
A kialakult rendet a kapcsolódó atomok elektronszerkezete határozza meg és energiaminimum jellemzi, nincs tökéletes kristály. A hibák egyensúlyi koncentráción vannak. A hibakoncentráció növelhető deformálással: magas hőmérsékletről hirtelen lehűtéssel, elektromágneses vagy korpuszkuláris sugárkezelés. Ismételt felmelegítés és lassú lehűtés visszaállítja az egyensúlyi koncentrációt.
Ponthibák:
Atomi lyukak (vakancia): rácselemek közötti energiacsere egyeseknek kiugróan nagy energiát ad, ezek legyőzve a kötőerőket a szomszédoktól elszakadnak (hőmozgás). Alacsonyabb hőmérsékleten ritkább, magasabbon gyakoribb pl: párolgás. A felületről eltávozott részecske mélyebbről pótlódik, a hiba a kristály belsejébe vándorol, ez az oka a vakanciáknak (más néven Schottky-hibahely). Hibák állandóan keletkeznek, de meg is szűnhetnek. Koncentrációjuk nS=n.e-Es/kT, ahol n a rácspontok koncentrációja, ES pedig az egy vakancia képződéséhez szükséges energia, T az abszolút hőmérséklet, k a Boltzmann állandó.
Intersticiális helyzet: nem csak a felületről indulhat el a hiba, a helyét elhagyó részecske a többi közé ékelődhet.
Frenkel hiba: interstícium + vakancia
Kémiai rácshibák: kristályba épült idegen atomok (rácspontokban v. intersticiálisan, egyesével v. csoportosan)
Diszlokációk (vonalhibák): mechanikai feszültség hatására jönnek létre pl: deformálással, vakanciák, interstíciumok, szennyeződések felhalmozódásával.
Éldiszlokáció: a kristályban nyomás alatt a rácssíkok elmozdulnak, egy rácssík beékelődik, a szerkezet e vonal mentén torzul csak.
Csavardiszlokáció: a diszlokációs vonal csavar alakú
Felülethibák: ezek képezik a szemcsehatárokat polikristályos anyagokban (egykristályoknál a szomszédos szemcsék orientációja kevésbé tér el).
Szabálytalanságra érzékeny tulajdonságok: diffúzió, hővezetés, képlékenység, lumineszcencia, ionvezetés, részecskék vándorlása.
22. A szerkezeti rendezettség hatása a fizikai (optikai és elektromos) tulajdonságokra
a) Elektronok energiaállapotai rendezett sokatomos rendszerekben
Magányos atomok, egyszerű molekulák: kötött elektronok, egymástól elkülönült, jól definiálható energiaszinteken; szabad elektronok, folytonos energiatartományban
Sokatomos rendszerek: periodikus felépítésű kristályok szolgálnak a makromolekulák modelljeként;
- energiasávok: az egész rendszer nívórendszere, ezeken helyezkednek el az elektronok, melyek nem szigorúan kötöttek (kicserélődhetnek), de nem is teljesen szabadok (alkotórészek közötti erőtérben mozognak)
- ha a rendszer N számú atomból áll, akkor összeépülés esetén a rácsot alkotó atomok minden egyes energiaállapota N számú nívóra hasad, ami szemléletesen úgy jelentkezik, hogy az atomok diszkrét nívói kiszélesednek.
- vannak megengedett és tiltott zónák
- az energiasávok annál szélesebbek, minél erősebb a kölcsönhatás
- alsó sávok keskenyebbek, a felsők olyan szélesek, hogy akár át is fedhetik egymást
- alapállapotban az elektronok a lehető legmélyebb energiaállapotban vannak (energiaminimum)
- gerjesztett állapotba energiafelvétellel jut az atom
- Pauli-elv: korlátozza az egy energiasávon belül lévő e- számát
- vegyértéksáv (Valencia): legmagasabb, legnagyobb E-jú betöltött sáv, az itt lévő e- vesznek részt a kötésekben
- vezetési sáv: részben betöltött, ill. üres energiasáv, mely az elektromos vezetést teszi lehetővé
Excitonok: ha egy kristály energiát vesz fel nemcsak a rácsrezgésekben (fonontérben), hanem elektronállapotában is változás áll be. Az elektronok és elektronlyukak külön-külön vándorolnak, mígnem rekombinálódnak. Az ekkor felszabaduló energia rácsrezgések formájában jelenik meg (fononokat kelt), ritkán foton-emissziót okoz (lumineszcencia). Olyan eset is lehetséges, hogy az elektron-defektelektron egymáshoz kötődve vándorolnak. Az ilyen pár az exciton, mely hidrogénatomhoz hasonló képződmény, csak a proton szerepét a defektelektron veszi át. Különböző energiaállapotokban lehet, de energiája csak diszkrét értékekkel változhat, az egész kristályra kiterjedő energiasávoknak megfelelően. Az excitonsávok általában lényegesen keskenyebbek, mint a kristályrács sávjai, és a tiltott sávban helyezkednek el. Nagyobb energiájú állapotoknál egyre sűrűbben helyezkednek el, és beolvadnak a vezetési sávba. Amíg az exciton nem disszociál, az elektromos vezetésben nem vesz részt. Excitonállapotok csak az ideális periodikus rácsrendszerekre jellemzők, ha hibák vannak, akkor a rácshibán lokalizálódik, nem tud szétterjedni. pl: nukleinsavak (ahol az abszorbeált energia nem terjed szét, hanem sorsát a felvétel környezete szabja meg)
b) Szigetelők és vezetők, példák
Vezetők: ha az elektronok képesek energiát felvenni gyorsulnak, majd elvesztik energiájukat, Ehhez betöltetlen energiasávra van szükségük. pl: fémek (Fe2+). Alkáli fémek: vegyértéksáv és vezetési sáv külön áll, a vezetési félig betöltött. Egyéb fémek: egybenyúló vegyérték és vezetési sávok.
Szigetelők: az anyagban tiltott sáv van amelyet csak befektetett energiával lehet legyőzni. n~e-/2kT, ahol az n az átkerülő elektronok száma. Minél nagyobb (a rés, tiltott sáv energiája) , annál jobb szigetelő az anyag, minél nagyobb T annál jobb vezető. (alacsony - félvezető) pl: NaCl
Optikai tulajdonságaik: vezető – teljes spektrumban átlátszatlan, oka a szabad elektronok bármekkora energiát képesek abszorbálni; szigetelő – látható tartományban átlátszók (oka: nem képesek a fotonok energiáját felvenni, UV-tart: elég nagy energia a gerjesztéshez – átlátszatlan, IR – atomrezgés, kötéselfordulás – átlátszatlan.
c) Félvezetők-intrinsic, példák
Saját (intrinsic) félvezetők: a tiltott sáv szélessége kicsiny (néhány tized eV) – vezetőképességük már szobahőmérsékleten is kielégítő. Az áram két részből áll: vezetési sávban lévő elektronok elektromos erőtér hatására elmozdulnak, valenciasávban lyukakat hagynak hátra (defektelektronok), ezáltal az ott maradt elektronok számára is lehetővé válik az energiafelvétel külső elektromos térből – lyukáram, az e-kal ellentétes irányban, pozitív töltéshordozónak tekintendők (lyukvezetés). pl: szilícium, germánium
d) Félvezetők-szennyezéses, példák
A kristályba idegen atomok épülnek be, melyek szabad töltéshordozókat létrehozva vezetnek.
Donor: e- adó idegen atom, növeli a vezetési sávban lévő elektronok számát, nincs lyukvezetés, mert lokális – n-típusú vezetés: 5 vegyértékű arzénnal adalékolt germánium-kristály (donorok dominálnak);
Akceptor: elektronfelvevő, növeli a vegyértéksávban lévő lyukak koncentrációját, mivel elektront vesz fel innen, ezek azonban nem vesznek részt a vezetésben, csak a lyukak – p-típusú vezetés: 3 vegyértékű indiummal adalékolt germánium (akceptorok dominálnak).
23. Makromolekulák szerkezetének vizsgálati módszerei
a) Röntgen-krisztallográfia
A röntgen krisztallográfia nagyfelbontású szerkezetvizsgáló módszer, mely lehetőséget nyújt a részletes szerkezet, a kötés hosszak és szögek meghatározására. A kromatográfia különféle változatai segítségével összetett keverékeket tudunk szétválasztani.
b) Elektronmikroszkóp
Képalkotása fény helyett elektronszóródáson alapul. Két fő típusa van: TEM, SEM.
Elektronlencsék: olyan elektromos ill. mágneses erőtereket keltenek, melyek az egy pontból jövő elektronokat gyakorlatilag ismét egy pontban egyesítik. Ezek az elektronlencsék mágneses, áram járta tekercsek. Az elektronok a tekercs által határolt kerek nyíláson haladnak át. A tekercset vasköpennyel veszik körül, amelyen kis rés van, itt erős, hengerszimmetrikus, mágneses tér van, amit vasból készült pólussarukkal tovább növelnek. Képalkotás szabályai érvényesek.
TEM -felépítése: zárt készülék, vákuummal (légszivattyú, zsilipek – oka: az elektronok ne ütközzenek semmivel). Részei: elektronforrás (izzó-, vagy hidegkatód), kondenzor-lencse (tárgyra fókuszálja az e-nyalábot), diafragma (kiszűri az erősebben szóró részekről érkező elektronok jórészét) objektív lencse (széttartó sugarakat ismét egy pontban egyesíti), vetítő lencse (tovább nagyítja az objektív által létrehozott képet).
Az objektív lencse készíti az első képet (nagyított, valódi), a második lumineszkáló ernyőn/fényképező lemezen jelenik meg (nagyított, valódi). A kép az elektronszórás mértékétől függően lesz kontrasztos. Feloldóképessége 3 nagyságrenddel jobb mint a FM-é. (dmin:0,2nm). Az összefüggések itt is érvényesek, de az elektronnyaláb anyaghullámhosszával számolunk, mely fordítottan arányos az elektronok sebességével. Noha a hullámhossz 5 nagyságrenddel kisebb, a metszet vastagsága, minősége és a kis numerikus apertúra () miatt csak 3 nagyságrenddel lesz jobb a felbontás.
Szupermikroszkóp: részecskegyorsító, olyan gyors elektronokat hoz létre, melyek anyaghullámhossza még a protonok, neutronok méreténél is kisebb – így fedezhették fel a kvarkokat.
SEM: elektronlencse segítségével fókuszált, tűszerű e-nyalábot futtatnak végig a vizsgálandó objektum felületén. A nagysebességű e-ok secunder e-okat gerjesztenek, melyek száma pontonként eltérő. Felerősített elektromos jelként azután modulálják egy monitor elektronnyaláb intenzitását, azaz a monitor nyalábját szinkron futtatják az e- nyalábbal, a kép a szekunder elektronok eloszlását tükrözi. Nagyítása és feloldóképessége kisebb, mint a TEMé, de a kép szép és plasztikus. A képalkotásban nincs szükség lencsékre. Röntgensugár mikroanalízisre is alkalmas: elektronnyaláb segítségével a mintából karakterisztikus rtg-sugárzást váltanak ki, és vizsgálják ennek spektrumát. Az elemek minőségi, mennyiségi viszonyaira, lokális változásikra lehet következtetni.
STM (scanning tunneling microscope): fémek felületét alagútelektronokból álló elektronfelhő burkolja. Elektromosan vezető felületű minták felületi domborzata vizsgálható vele. Külső elektronforrásra tehát nincs szükség, biológiai struktúrákra néhány nm fémet rápárologtatnak. Fémtű letapogat, a tű és minta közé néhány mV feszültség – alagútáram jön létre, az erősödés-gyengülés érzékelésével a távolságot érzékeli, visszacsatolva a tű követi a domborzatot (néhány nmrel fölötte) – piezokristály segítségével. A pásztázás végén a vonalrendszer atomi részletességű domborzati képet rajzol ki. Feloldás század nm nagyságrendű.
c) A diffrakciós módszerek alapelve és áttekintése
Diffrakció: Ha röntgensugárzás esik atomokra, ezek elektronjain a sugárzás szóródást szenved és az atomok minden irányban változatlan frekvenciájú röntgenfényt sugároznak. A szóródásból hulláminterferencia jön létre – erősítés, kioltás. Az átvilágított anyag mögött a fotolemez az erősítés helyén feketedést mutat. Annál erősebb minél nagyobb a rendszám (több elektron). Az elhajlási képekből információ nyerhető az atomok elektronburkának, méretéről, alakjáról és sűrűségeloszlásáról – ezekből pedig a kötésviszonyok következnek.
Az elektronok atommagokon (nehezebb) szóródnak és nem hatolnak mélyre, elhajlási kép keletkezik – felületes rétegekről adnak információt (pl: katalizátorok, abszorbens rétegek), kiegészíti a röntgen-vizsgálattal szerzett információt.
Termikus neutron használatával a protonokon való szóródás miatt a hidrogéntartalmú anyagok, nukleinsavak helyzetének vizsgálata lehetséges, az interferenciamaximumok helyét a szórócentrumok közötti távolság határozza meg - Laue-egyenletek, ahol a szórócentrum az atommag és a protonok.
d) Atom-erő mikroszkópia
AFM: (erődomborzat) a minta felületi atomjainak és egy tűszerű szonda (fém, kvarc vagy szilíciumnitrid) csúcsának atomjai közötti vonzó-taszító erők érzékelésén alapszik. A tű finom lemezrúgója segítségével követi a felület erődomborulatait, mozgásait elektronika feldolgozza. Az atomok közötti erők változásának mérésével ad képet a felületről. Nagyon érzékeny, 10-12N nagyságú erőt is képes érzékelni (ionköt 10-7, London 10-12). Alkalmazható: vákuumban, levegőben, folyadékban vagy natív környezetben lévő mintákvizsgálatára pl: DNS, fehérjék, vérrögképződés, vírusbehatolás.
e) A számítógépes molekula-szimulációs módszerek lehetőségei
Számos-modell, ill. egy modell többféle megoldása kipróbálható anélkül, hogy a vizsgált rendszert extrém kísérleti feltételeknek kellene kitenni, melyeket biológiailag nem bír elviselni. Másrészt nagyszámú, drága, nehezen végrehajtható kísérlet oldható meg rövid idő alatt, olcsón (pl: gyógyszerészet).
24. A Boltzmann-eloszlás és hatása az élő anyag szerkezetére
a) A fizikai törvény megfogalmazása
Valamennyi sokrészecskés rendszer egyidejűleg alá van vetve rendezetlenséget előidéző (hőmozgás) és rendező hatásoknak (különböző erőterek). A kettő egyidejű létezése alakítja ki a rendszerben a termikus egyensúlykor megvalósuló részecskeeloszlást (Boltzmann eloszlás).
b) Példák (barometrikus magasságformula, kémiai reakciók aktiválása, Arrhenius ábrázolás)
Barometrikus magasságformula: gázok nyomás és sűrűségeloszlása gravitációs térben adott hőmérsékleten, a magasság függvényében p2/p1=e-/kT =mgh2-mgh1, ahol a helyzeti energiák különbségét jelzi. A gáz nyomása és sűrűsége tehát a magassággal exponenciálisan csökken. Ez a Boltzmann-eloszlás speciális esete, azon molekulák relatív száma, koncentrációja (n2/n1) melyek =2-1-gyel különböznek egymástól: n2/n1=e-/kT. itt a részecskék kinetikus energiáját jelöli, ha a szomszédos részecskék erőterében mozognak, akkor a potenciális energiát is tartalmazza.
Szedimentációs eloszlás: a folyadékokban lévő kolloidális részek magasság szerinti eloszlása centrifugáláskor. Általánosan: n2/n1=e-/kT, ahol n2/n1 a relatív koncentráció.
Kémiai reakciók aktiválása: a reakciósebesség arányos az aktivált molekulák számával (energiájuk elég nagy ahhoz, hogy reagáljanak egymással): c*~e-E/kT, ahol c a koncentrációt, E az egy mólra vonatkoztatott aktiválási energiát jelöli. A reakciósebesség arányos az aktivált molekulák számával, ezért k~e-E/RT. Ez azt is jelenti, hogy a reakciók sebessége a hőmérséklettel exponenciálisan nő. A reakció egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggése tehát: K~e-H/RT, ahol K az egyensúlyi állandó, H reakcióhő, mely exoterm reakcióknál negatív, ekkor K a hőmérséklet növelésével csökken.
Maxwell-féle sebességeloszlás: a sebesség és relatív molekulaszám függvényében a hőmérséklet növekedésével a nagyobb sebességek gyakoribbá válnak (0 fokon átlag 350m/s, 100 fokon 450 m/s). Az ábrázolt görbék aszimmetrikusak, a közepes sebességek eltérnek a legvalószínűbb sebességektől (kissé nagyobbak tőlük). A hőmérséklet emelésével a görbe jobbra tolódik, kisebb sebességek ritkábbá, nagyobbak gyakoribbá válnak.
Schottky-hibahely: másnéven atomi lyukak v. vakancia – a rácselemek közötti energiacsere egyeseknek kiugróan nagy energiát ad, ezek legyőzve a kötőerőket a szomszédoktól elszakadnak (hőmozgás). Alacsonyabb hőmérsékleten ritkább, magasabbon gyakoribb pl: párolgás. A felületről eltávozott részecske mélyebbről pótlódik, a hiba a kristály belsejébe vándorol, ez az oka a vakanciáknak. Hibák állandóan keletkeznek, de meg is szűnhetnek. Koncentrációjuk nS=n.e-Es/kT, ahol n a rácspontok koncentrációja, ES pedig az egy vakancia képződéséhez szükséges energia, T az abszolút hőmérséklet, k a Boltzmann állandó.
Arrhenius ábrázolás: egyenlet k=A.e-Ea/(RT), ahol k a reakciósebességi állandó, A az akciókonstans. A reakciósebesség a hőmérséklettel nő, a reagáló részecskéknek aktiválási egyenlettel kell rendelkezniük. Az ábrázolás a hőmérséklet aktivált molekulaszám százalék és mozgásenergia függvényében történik, magasabb hőmérsékleten az aktivált molekulák száma nagyobb, a függvény balra tolt és meredekebb. Alacsonyabb hőmérsékletnél laposabb, jobbratolt haranggörbe.
c) Kötéserősség, kötéstávolság, erős és gyenge kötések
Kötési energia: olyan energia, amely ahhoz szükséges, hogy a partnereket a völgyből kiemelve a végtelenbe távolítsuk egymástól. Ionkötés esetén – két ellentétes töltésű ion között vonzás és taszítás. Mindkét erő nő az ionok közötti távolság csökkenésével, de a taszítóerő gyorsabban mint a vonzerő. Általában a mól mennyiségre adják meg.
Kötéstávolság: ha a kötéseknél fennáll az additivitás, egyszerűen számolható az atomsugarakból, melyek összege két atom között a kötési távot adják meg. Sugár nagysága csak a kötőelektronpár számától függ (egyszerre, többszörös)
Egyensúlyi magtávolság: (r0) az a táv ahol a vonzó és taszítóerők egymást közömbösítik – meghatározza az ionok helyzetét, e körül rezegnek.
Erős és gyenge kötések: Ionos (energia-felszabadulással, elektronátmenettel jár), kovalens (elektron két atomhoz tartozik), fémes (kristályok rácspontjaiban pozitív fémionok, elektronokat leadják, melyek szabadon mozoghatnak – teljes kollektivizálódás, vezetés): 100-400 KJ/mol; egy nagyságrenddel gyengébb a hidrogénhíd: 0,08-80 KJ/mol és a leggyengébb a van der Waals (vagy London). Kristályokon belül mindkettő elhanyagolható, de a molekulák kapcsolódásában fontos szerepük van.
d) Kötések felszakadása fiziológiás hőmérsékleten, biológiai vonatkozásuk
Van der Waals kötés kis energiája teszi lehetővé a biológiai folyamatok sokféleségét, változékonyságát, és érzékeny befolyásolhatóságát. Az egyes kapcsolatok könnyen felbomolhatnak és újjáalakulhatnak – fiziológiás hőmérsékleten is.
Hidrogénhíd a hidrogén két atomhoz kötődik: fluor, oxigén vagy nitrogén atomokhoz. Az egyik atomhoz erősebben (kovalens), a másikhoz gyengébben (hidrogén) – dipólus. Fontos szerepe van alkoholok, karbonsavak, aminok és más fontos anyag felépítésében (fehérje, nukleinsav, zsír, szénhidrát...), felbomlása fontos a DNS lokális denaturációjában, mely szükséges a replikációhoz.
Az enzimek új reakcióutat jelentenek, mivel csökkentik az aktiválási energiát – mindkét irányban.
25. Mezomorf állapot, folyadékkristályos struktúrák
a) Folyadékkristályok általános jellemzése, osztályozása
Olyan állapot, amely közbülső helyet foglal el a folyadék és kristály-állapot között. A közönséges folyadékok valamennyi tulajdonságukat illetően izotrópok, a kristályok viszont több vonatkozásban is mutathatnak anizotrópiát (dielektromos állandó, optikai törésmutató).
A mezomorf állapot: anizotrópiát mutató folyékony fázis – kristályos folyadék\anizotróp folyadék\folyadékkristály. Mivel a molekulák nem gömbszimmetrikusak (rúd, fonál), nemcsak a tömegközéppontjaik elrendeződését (transzlációs rend), hanem irány szerinti (orientációs rend) elhelyezkedésüket is figyelembe kell venni. Rendezettségük alacsonyabb a szilárd-, magasabb a folyadékfázisnál.
Osztályok: termotrop – hőmérséklet változás hatására alakul mezomorffá, liotrop – több komponensű rendszerek, rendezettség a koncentrációs arányoktól függ, amfifil molekulák vizes oldatai (szappanoldat, nukleinsavak).
Elrendeződés: szmektikus – tkp közel egyenlő távolságra levő síkokban, egy síkon belül rendezettek), molekulatengelyek általában síkra merőlegesen, de lehet ferde is; nematikus – hosszúkás molekulák párhuzamosan helyezkednek el, tkp nem egy síkban, hossztengelyük irányában is elmozdulhatnak; koleszterikus – koleszterinnél fedezték fel, csavart nematikus, hosszanti tengely síkonként párhuzamos, spirálszerűen rendezett, de az egymás feletti síkokban a molekulák hossztengelye el van fordulva egymáshoz képest.
b) Termotróp folyadékkristályok alkalmazása (termooptikai- és elektrooptikai jelenség)
Elektrooptikai jelenség: a nematikus folyadékkristály molekulái elektromos dipólusmomentummal rendelkeznek, ezért elektromos erőtér segítségével irányuk változtatható, rendezhetők, forgathatók. Az ilyen változtatások az optikai áteresztőképesség megváltozásával járnak – az elektromos jelet fényjellé lehet alakítani. pl: LCD
Termooptikai jelenség: koleszterikus anyagból készült filmek színe hőmérsékletváltozás hatására megváltozik. Megváltozik ui. a spirális elrendeződésben a spirál menetmagassága, és ennek következtében a reflektált fény színe is, mivel a visszaverődő sugarak interferálnak. A filmet a testfelületre helyezve kimutathatók akár tizedfokos hőmérsékletkülönbségek (inhomogenitások) is. Kontakt termográfia: homlokhőmérő.
c) Membránok, mint folyadékkristályok (szerkezet, szerkezeti hibák és szerepük a működésben)
Szerkezet: Membránlipidek – foszfolipidek (poláris) és koleszterin (apoláris), valamint membránfehérjék (mennyiségileg és összetételileg változó poláris és apoláris ASakból).
A lipidmolekulák egymás között van der Waals kölcsönhatásokat alakítanak ki. A hidrofób részek a membrán belsejében, a poláris csoportok a vízmolekulák felé fordulva helyezkednek el – lipid kettősréteg.
A fehérjék erősebb (elektrosztatikus) és gyengébb (vdW) kötést egyaránt kialakíthatnak egymással, és környezetükkel; átérhetik (integráns) a membránt vagy csak kötődhetnek hozzá (perifériás).
Alapvetően ezen két elem kettős (poláris és apoláris) amfifil tulajdonsága határozza meg szerkezetüket – mely változó szerkezetű, folyadékkristályos. Ezen elrendeződés nagy elektromos ellenállást és kapcitást jelent. A fehérjék eltérő mélységben való elhelyezkedése adja a folyékony mozaik modellt.
Tulajdonságok: az apoláris fázis szerkezeti átalakulása alapvető jelentőségű – alacsonyabb hőmérsékleten rendezett, egyenes. Egy v. több törés hatására rendezetlenebbé válik, a kötőerők csökkennek, a molekulák távolabb kerülnek – nő a szerkezeti hibák száma.
Hibák: mennyiségük és típusaik meghatározóak a membránfunkciókban (permeabilitás, rugalmasság, alkotók laterális mozgástere)
Intramolekuláris:
- rotációs izoméria a szénhidrogénlánc egy C-C kötése 120 fokot elfordul, törést okozva;
- hidrofil pórus topológiai változás;
- elektroporáció elektromos tér hatására képződő pórus, géntechnológiában használják;
- elektrofúzió elektromos tér hatására egybeolvadnak sejtek;
- hidrofób pórus lokális szerkezet változás, permeabilitás növekedés;
Intermolekuláris:
- törés: fázisátalakulási hőmérséklet felett jön létre (permeabilitás, transzport növekszik);
- doménfal különböző irányba rendezett tartományok találkozása - rendezettség csökken, nagyobb lesz a membrán permeabilitása;
- átmeneti fázis során kialakult hibák nagy laterális sűrűségingadozás, időlegesen megnyíló lyukak – permeabilitás nő;
Hibák kialakulhatnak még nyomás és vegyhatás következtében is.
Szerep: a membránok funkcionálisan meghatározó szerepet játszanak a sejtek, szervezetek működésében, az életfolyamatok fenntartásában és szabályozásában. Biztosítják a sejt alakállandóságát, mechanikai stabilitását, az intra- és extracelluláris tér között fennálló koncentráció-különbségek fenntartását, ion, molekula-transzportot, stb.
d) Liposzómák, csoportosításuk, felhasználásuk a medicínában
Liotróp molekulák által kialakított lipid kettősrétegből álló gömbök, melyek belseje vizet tartalmaz. Kis lipidtartalom kedvez a kialakulásuknak. Lamelláris szerkezettel bírnak, a harántcsíkolt izomzat A (szmektikus) és I (nematikus) csíkjaiban egyaránt, valamint a sejtmembránokban találjuk meg őket. Csoportosításuk:
- szerkezet alapján: multilamelláris (MLV), hatóanyag különböző időben jut ki; unilamelláris (SUV small, LUV large)
- funkció alapján: konvencionális pl: macrophag bekebelezése; stabilizált: lopakodó, ezért nem tűnik ingernek, hosszabb életidő; immunoliposzóma: felületén antitestek, adott célsejthez köt.
Különböző molekulákat zárnak bele (gyógyszer, DNS).
Felhasználása: diagnosztikai készítmények (rtg kontrasztanyag, radioaktív izotóp); terápiás szerek (antibiotikum, tumorellenes szer, helyi készítmények)
Előny: célzott, egyszerűbb bejuttatás (membrán összetétele ~ célmembránnal), kevesebb mellékhatás, kisebb dózis.
26. Optikai mikroszkópia, speciális fénymikroszkópok
Bev: Speciális mikroszkópokra a feloldóképesség növelése, csökkentése ill. egyes speciális tulajdonságú tárgyrészletek vizsgálatához van szükség.
a) Feloldóképesség, Abbé-elv, immerziós mikroszkóp
A mikroszkópban csak akkor keletkezik kép, ha legalább az elsőrendű mellékmaximum bejut az objektívbe. Ha a tárgy és objektív között nem levegő van, akkor a közeg törésmutatóját is figyelembe kell venni. d=/n.sin képlet megadja két legközelebbi még megkülönböztethető tágypont távolságát. Tapasztalat alapján: =0,61./n.sin ahol a feloldóképesség reciprokával egyenlő.
Feloldóképesség: 1/, ha pl: =0.01cm az centiméterenként 100 megkülönböztethető pontot jelent.
Immerziós mikroszkóp: nagy törésmutatójú immerziós olaj alkalmazásával a tárgy és objektív közötti törésmutatót növelve jobb feloldóképességet kapunk – nagyobb értékes nagyításra nyílik lehetősség.
b) Sztereo-mikroszkóp; ultramikroszkóp
|