Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Рассеяние света биотканями и другими дисперсными системами с различной степенью пространственной упорядоченности

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Максимова, Ирина Леонидовна

1 ВВЕДЕНИЕ

2 Моделирование пространственно-организованных систем с различной структурой

2.1 Статистическое описание систем дискретных рассеивателей со случайным пространственным расположением

2.1.1 Приближение твердых сфер.

2.1.2 Приближение твердых дисков.

2.1.3 Моделирование методом Монте Карло случайных реализаций моно и полидисперсных систем.

2.2 Модели биотканей.

2.2.1 Непрерывные и дискретные модели биотканей.

2.2.2 Форма и размеры частиц в дискретных моделях биотканей

2.2.3 Оптические постоянные биоткани, гетерогенность и оптическая мягкость

2.2.4 Анизотропия и оптическая активность биотканей.

2.2.5 Эффекты пространственной упорядоченности.

2.2.6 Оптические ткани глаза.

2.3 Модели дисперсных систем с дальним порядком.

2.4 Фрактальные структуры.

2.5 Выводы.

3 Распространение излучения в дисперсных системах в приближении однократного рассеяния

3.1 Рассеяние плоской волны на изолированной частице.

3.2 Рассеяние света системами частиц.

3.2.1 Угловые характеристики рассеяния излучения.

3.2.2 Поляризационные характеристики светорассеяния систем сферических частиц.

3.2.3 Спектры пропускания.

3.2.4 Влияние упорядоченности на спектры рассеяния в различных направлениях.

3.3 Прямое суммирование амплитуд рассеяния системы частиц

3.3.1 Пространственное распределение интенсивности рассеяния

3.3.2 Рассеяние в системах с локальными нарушениями статистической однородности пространственного расположения.

3.3.3 Рассеяние в полидисперсных системах мягких частиц.

3.4 Однократное рассеяние в строго упорядоченных структурах.

3.5 Двойное лучепреломление и дихроизм формы в дисперсных системах

3.6 Выводы.

Многократное рассеяние света в системах сферических частиц

4.1 Строгое решение задачи многократного рассеяния на системе сферических частиц.

4.1.1 Поле, рассеянное отдельной частицей системы.

4.1.2 Поле, рассеянное системой частиц.

4.2 Амплитудная матрица рассеяния.

4.3 Переход к пределу однократного рассеяния.

4.4 Приближение двукратного рассеяния.

4.5 Приближение среднего поля для системы сферических частиц.

4.6 Результаты расчета индикатрис элементов MPC агрегатов сферических частиц.

4.6.1 Усреднение по ориентациям агрегатов сферических частиц

4.6.2 Усреднение MPC по пространственным реализациям.

4.7 Сечения рассеяния и экстинкции.

4.7.1 Сечение экстинкции усредненного по ориентациям агрегата сферических частиц.

4.7.2 Сечение экстинкции в приближении среднего поля.

4.8 Эффективный показатель преломления рассеивающей среды.

4.8.1 Квазикристаллическое приближение.

4.8.2 Эффективный показатель преломления дисперсной среды, образованной малыми частицами.

4.9 Выводы.

Многократное рассеяние излучения на системе цилиндрических частиц

5.1 Строгое решение задачи многократного рассеяния плоской волны на системе бесконечных круглых цилиндров.

5.1.1 Решение задачи рассеяния для одного цилиндра системы.

5.1.2 Поле рассеяния системы цилиндров.

5.2 Результаты расчета угловой зависимости интенсивности рассеяния для различных систем из конечного числа цилиндрических рассе-ивателей.

5.3 Моделирование пика рассеяния в направлении строго назад

5.4 Диаграмма направленности слоя периодически расположенных цилиндров.

5.5 Спектральные характеристики упорядоченных 2D структур.

5.5.1 Спектры рассеяния на ограниченных образцах 2 В фотонных кристаллов.

5.5.2 Коэффициент пропускания пространственно-ограниченной системы параллельных цилиндров с заданным пространственным расположением.

5.5.3 Спектральные характеристики бесконечного слоя идеально-периодически расположенных цилиндров.

5.6 Приближение среднего поля.

5.7 Квазикристаллическое приближение для системы цилиндрических рассеивателей.

5.8 Моделирование распространения излучения в роговице на основе квазикристаллического приближения.

5.8.1 Эффективный показатель преломления ламели.

5.8.2 Матрицы пропускания роговицы.

5.8.3 Результаты расчетов спектральных и поляризационных характеристик роговицы.

5.9 Выводы.

Поляризационные характеристики многократного рассеяния в неупорядоченных дисперсных системах.

6.1 Алгоритм моделирования диффузии поляризованного света

6.1.1 Расчет вектора Стокса рассеянного излучения.

6.1.2 Вычисление матриц Мюллера.

6.2 Динамика изменения поляризационных характеристик монодисперсных систем с ростом кратности рассеяния

6.2.1 Распределение по кратностям рассеяния.

6.2.2 Угловые зависимости полной интенсивности рассеяния.

6.2.3 Угловые зависимости элементов матрицы рассеяния.

6.3 Оценка влияния геометрии эксперимента на MPC.

6.4 Моделирование поляризационных характеристик рассеяния в динамике агрегации белков хрусталика.

6.5 Статистические характеристики многократно рассеянного излучения - анализ пространственной динамики.

6.6 Моделирование поляризационных характеристик света, обратно рассеянного в пространственно ограниченных случайных средах.

6.7 Выводы.

Особенности матриц рассеяния света деполяризующих и недепо-ляризующих систем.

7.1 Соотношения между элементами MPC. Критерий деполяризации.

7.2 Модели деполяризующих систем.

7.3 Области допустимых значений MPC различных систем.

7.4 Деполяризация излучения при многократном рассеянии.

7.5 Выводы.

Спектральные характеристики случайных дисперсных систем при многократном рассеянии.

8.1 Моделирование спектральных характеристик слоя цилиндрических рассеивателей.

8.2 Результаты моделирования спектральных характеристик склеры глаза.

8.3 Экспериментальные методы и результаты.

8.4 Спектральные характеристики систем сферических рассеивателей.

8.5 Выводы.

Экспериментальные исследования поляризационных характеристик рассеивающих систем.

9.1 Число обусловленности матрицы преобразования.

9.2 Оценка общей погрешности прибора

9.3 Приборы для измерения матриц Мюллера.

9.4 Методика измерений и экспериментальная установка.

9.5 Компьютерное моделирование и оптимизация алгоритма работы лазерного поляризационного нефелометра.

9.5.1 Выбор параметров, минимизирующих число обусловленности

9.5.2 Ошибки, связанные с неидеальностью оптических компонентов прибора.

9.5.3 Источники систематических ошибок, связанные с юстировкой прибора

9.5.4 Нелинейные искажения схемы регистрации и влияние шума

9.6 Результаты моделирования измерений на поляризационном нефелометре

9.6.1 Моделирование погрешностей юстировки

9.7 Результаты измерения MPC различных дисперсных объектов

9.7.1 Измерения тестовых объектов.

9.7.2 Измерения оптических тканей глаза.

9.7.3 Оценки точности и корректности экспериментальных MPC

9.8 Выводы.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Максимова, Ирина Леонидовна

9.8 Выводы.

В данной главе представлены результаты экспериментальных исследований ряда природных объектов методом лазерной поляризационной нефелометрии. Принцип действия разработанного лазерного поляризационного нефелометра основан на непрерывной модуляции состояния поляризации падающего и рассеянного света посредством механического вращении поляризационных элементов.

С целью разработки методов диагностики глазных заболеваний проведены исследования MPC оптических тканей глаза, в том числе роговицы и хрусталика кролика и человека in vitro. Исследования выполнялись на нативном материале.

Проанализирована чувствительность метода поляризационной нефелометрии к вариации параметров анизотропных слоистых структур и условиям измерения MPC. Предложена методика оптимизации экспериментальной установки.