Biomarkerek tervezése ab initio számítási módszerekkel

Hasonló dokumentumok
Ponthibák azonosítása félvezető szerkezetekben hiperfinom tenzor számításával

Nanoszerkezetek tervezése és jellemzése biomarker, magnetométer és napelem alkalmazásokban. Gali Ádám. ELTE Ortvay kollokvium

Szilícium-karbid nanokristályok vizsgálata első elvű számítási módszerekkel

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

FÉLVEZETÔ BIOMARKEREK VIZSGÁLATA ELSÔ ELVÛ SZÁMÍTÁSOKKAL Somogyi Bálint Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Atomfizika Tanszék

Szilícium karbid nanokristályok előállítása és jellemzése - Munkabeszámoló -

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Lehet-e tökéletes nanotechnológiai eszközöket készíteni tökéletlen grafénból?

Kutatási terület. Szervetlen és szerves molekulák szerkezetének ab initio tanulmányozása

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Abszorpció, emlékeztetõ

Koherens lézerspektroszkópia adalékolt optikai egykristályokban

RAMAN SZÓRÁS NANOKRISTÁLYOS GYÉMÁNTBAN

QUANTUM DOTS Félvezető nanokristályok elméletben, gyakorlatban; perspektívák

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Fluoreszcens módszerek alkalmazása nanostruktúrák vizsgálatában. Jánosi Tibor Zoltán

Raman spektroszkópia. Történet Két leirás: Eldines, kvantumos Kiválasztási szabályok Szimmetriák Raman Intenzitás Rezonáns Raman

Ragyogó molekulák: dióhéjban a fluoreszcenciáról és biológiai alkalmazásairól

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Szubmolekuláris kvantuminterferencia és a molekuláris vezetőképesség faktorizációja

Abszorpciós fotometria

Bevezetés a fluoreszcenciába

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Abszorpciós fotometria

Abszorpciós fotometria

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

OPTIKA. Vozáry Eszter November

OTKA Nyilvántartási szám: K67886

AMPLIFON - Országos Atlétikai Bajnokság Hallássérült diákok részvételével

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

A csillagközi anyag. Interstellar medium (ISM) Bonyolult dinamika. turbulens áramlások MHD

Lumineszcencia. Lumineszcencia. Molekulaszerkezet. Atomszerkezet

Infravörös, spektroszkópia

Szerves oldott anyagok molekuláris spektroszkópiájának alapjai

EREDMÉNYEK III. Régiós Csapatbajnokság október 11. Leveleki-víztározó

Előzmények. a:sige:h vékonyréteg. 100 rétegből álló a:si/ge rétegrendszer (MultiLayer) H szerepe: dangling bond passzíválása

Bordács Sándor doktorjelölt. anyagtudományban. nyban. Dr. Kézsmárki István Prof. Yohinori Tokura Prof. Ryo Shimano

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Lumineszcencia centrumok kialakítása és spektrális jellemzése nanogyémántban. Ph.D. értekezés

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

UV-VIS spektrofotometriás tartomány. Analitikai célokra: nm

XXXVIII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Lézerek. A lézerműködés feltételei. Lézerek osztályozása. Folytonos lézerek (He-Ne) Impulzus üzemű lézerek (Nd-YAG, Ti:Sa) Ultrarövid impulzusok

Lumineszcencia. Lumineszcencia. mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Lumineszcencia mindenütt. Alapjai, tulajdonságai, mérése. Kellermayer Miklós

Kémiai Intézet Kémiai Laboratórium. F o t o n o k k e r e s z tt ü z é b e n a D N S

Abszorpciós spektroszkópia

59. Fizikatanári Ankét

Lumineszcencia spektrometria összefoglaló

Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 1/16

Alapvető bimolekuláris kémiai reakciók dinamikája

Abszorpciós fotometria

Az A 2 -probléma eliminálása a rezonátoros kvantumelektrodinamikából

BÍRÁLAT. Kállay Mihály Automatizált módszerek a kvantumkémiában című MTA doktori értekezéséről.

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

CO 2 aktiválás - a hidrogén tárolásban

Milyen nehéz az antiproton?

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Biomolekuláris nanotechnológia. Vonderviszt Ferenc PE MÜKKI Bio-Nanorendszerek Laboratórium

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Optikai spektroszkópiai módszerek

A lézer alapjairól (az iskolában)

Tantárgy neve. Környezetfizika. Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

2. ZH IV I.

Klórbenzol lebontásának vizsgálata termikus rádiófrekvenciás plazmában

8. Egyszerû tesztek sûrûség funkcionál módszerek minõsítésére

AMPLIFON Atlétikai Országos Bajnokság május 23.

MEFOB Párbajtőr Egyéni és Csapat Országos Bajnokság Debrecen május 5.

9. Fotoelektron-spektroszkópia

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

CD-spektroszkópia. Az ORD spektroskópia alapja

Vizsgaszervező intézmény: Wigner Jenő Műszaki, Informatikai Középiskola és Kollégium (Eger, Rákóczi út 2) tel./fax: (36) , Fax:

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Az elektromágneses hullámok

Idegen atomok hatása a grafén vezet képességére

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

Vizsgaszervező intézmény: Wigner Jenő Műszaki, Informatikai Középiskola és Kollégium (Eger, Rákóczi út 2) tel./fax: (36) , Fax:

SiC kerámiák. (Sziliciumkarbid)

Hidrogénezett amorf Si és Ge rétegek hőkezelés okozta szerkezeti változásai

TORNA DIÁKOLIMPIA ORSZÁGOS DÖNTŐ 2005/2006 tanév Budapest, március 31-április 1. V-VI. korcsoport "B" kategória fiú csapatbajnokság

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

MTA Atommagkutató Intézet, 4026 Debrecen, Bem tér 18/c.

Wigner Jenő Műszaki, Informatikai Középiskola és Kollégium (Eger, 3300 Rákóczi út 2) tel./fax: tel:36/ , fax:36/

Koherens fény (miért is különleges a lézernyaláb?)

Optikai spektroszkópia az anyagtudományban 8. Raman spektroszkópia Anizotrópia IR és Raman spektrumokban

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Titán alapú biokompatibilis vékonyrétegek: előállítása és vizsgálata

Lumineszcencia centrumok kialakítása és spektrális jellemzése nanogyémántban

Hely. Atléta Sz. év Nevező Sorrend Eredmény Rekord

Optikai spektroszkópiai módszerek

Szervetlen komponensek analízise. A, Atomspektroszkópia B, Molekulaspektroszkópia C, Elektrokémia D, Egyéb (radiokémia, termikus analízis, stb.

5. Az elektronkorreláció szerepe a metil-amin nagy amplitúdójú mozgásainak leírásában. DFT és poszt Hartree- Fock számítások

Átírás:

Biomarkerek tervezése ab initio számítási módszerekkel Gali Ádám Wigner Fizikai Kutatóközpont Magyar Tudományos Akadémia ELFT Vándorgyűlés, Debrecen, 2013-10-22

Miért érdekesek a biomarkerek? A végső cél: a biológiai folyamatokat molekuláris szinten kövessük élő szervezetekben in vivo érzékelés Alkalmazások: betegségek diagnózisa terápia személyre szabott gyógyszerek Hogyan tudjuk ezt megcsinálni?

Fluoreszcens biomarkerek kicsi nem mérgező funkcionalizálható a fénykibocsátásnak jó a kontrasztja hosszú időn át

Fluoreszcens biomarkerek egyfoton-gerjesztés kétfoton-gerjesztés Virutális állapot l em > l exc Stokes-eltolódás l em < l exc erős lézerfény nagyon fotostabil kell legyen

Biomarkerek alkalmazhatósága in vitro in vivo

In vivo alkalmazás Smith et al., Nature Nanotechnology 4, 710 (2009) biológiai ablak NIR tartományban

in vivo biomarkerek szigorú feltételei Nem mérgezőek Jól kiürülnek Diszpergálnak vizes közegben Fotostabilak Multifunkcionálisak Erős fénykibocsátásúak Abszorpció/emisszió a biológiai ablakban QDs

Available biomarkers

Egy létező in vivo detektor

Jelenlegi biomarkerek Nem mérgezőek Jól kiürülnek Diszpergálnak vizes közegben Fotostabilak Multifunkcionálisak Erős fénykibocsátásúak Abszorpció/emisszió a biológiai ablakban Festék QDs QD új megoldás kell

mindenekelőtt, bioinert nanokristályokat használjunk és tervezzük meg a kémiai összetételüket a legmodernebb atomi szimulációs technikákkal, hogy az emissziót a kívánt tartományba hangoljuk

Metodika Alapállapoti geometria: SC PW USP-vel, DFT-PBE (PWscf kód) SC PW PAW-val, DFT-PBE (VASP kód) (hf. levágás: 35 Ry; töltéssűrűség levágás: 280 Ry; vákuum méret: 10 Å) Alapállapot: Turbomole, teljeselektron aug-cc-pvtz bázis, DFT-PBE0 (25% Hartree-Fock kicserélődés bekeverése PBE funkcionálba) Abszorpciós spektrum: Casida típusú adiabatikus TDDFT PBE0 funkcionállal a TDDFT magjában Turbomole kódot használva Zero-phonon vonal (ZPL) és Stokes-eltolódás: TD-DFT erők segítségével!

A gyémánt biokompatibilis de lehet az törpeméretű (nano)?

Legkisebb gyémántketrecek: gyémántocskák Kiválasztott gyémántocskák [Landt et al., PRL 103, 047402 (2009)]

Optical gaps MAE: 0,15 ev [Landt et al., PRL 103, 047402 (2009)] DMC: [Drummond et al., PRL 95, 096801 (2005)]

Gyémántocskák & biomarkerek Festék QDs QD Diam. Nem mérgezőek Jó kiürülés Diszpergálnak vizes közegben? Fotostabilak Multifunkcionálisak Erős fénykibocsátásúak? Emisszió a biológiai ablakban Ötlet: használjunk kén kettős kötéseket

Adamantanethione kísérlet ~6.2 ev ~5.4 ev ~4.4 ev C 10 H 14 =S Hullámhossz (nm) Gázfázis @ RT Átmenetek: 1st: π π* (széles csúcs): 5.29 ev Rydberg (190-230nm): n 4s (220-230nm): 5.43 ev n 4py: 6.01 ev n 4pz: 6.15 ev rezgés segített átmenetek: 280-300 cm -1 a 1 szimmetriájú C-C-C hajlító rezgések [K. J. Falk and R. P. Steer, Can. J. Chem, 66, 575 (1988)]

Adamantanethione elmélet C 2v szimmetria: b 2 b 1 dipól-tiltott! 5.32 ev 5.03 ev 5.31 ev n 4s adamantanethione-ban n π* más struktúrákban

Kenes gyémántocskák: optikai tiltottsávok láthatóban gerjesztés az adamantane-ban Möller csoport TU Berlinben próbálja szintetizálni ezeket... NIR gerjesztés a pentamantane-ban Vörös, Demjén, Szilvási & Gali, PRL, 108 267401 (2012) a=1; b=1,12; c=1,9,10; d=1,3,10,12; e=1,4,5,7-11; g=1-3,6-12; h=1-12.

Egy kis kitérő Színcentrumok a nanogyémántban?

Fényes NIR emisszió: SiV hiba a gyémántban 1.68-eV PL centrum mint egyedi forrás [Wang et al., At. Mol. Opt. 39 37] 1.68-eV PL centrum negatívan töltött SiV hiba [Goss et al., PRL 77 3041] 1.31-eV PL centrum semleges SiV hiba [D Haenens-Johansson et al., PRB 82 155205] szénvakanciák helye Csoportelméleti analízis: D 3d szimmetria; a 1g, a 2u, e u, e g pályák

Hidrogénes nanogyémántok legnagyobb kvantumbezártság határesete 1.1nm 1.3nm TD-DFT abszorpció és ZPL 1.8nm TD-DFT abszorpció ZPL extrapolálva az 1.3nm méretűből

SiV hiba hidrogénes nanogyémántban stabil még nagyon pici nanogyémántban is

SiV hiba a hidrogénes nanogyémántban kvantumbezártság SiV( ) ZPL: 1.85 ev 1.82 ev 1.78 ev 1.68 ev

occurency (#) y (m) Intensity (arb. u) intensity (arb. u.) SiV a nanogyémántban: az univerzum ajándéka Efremovka (CV3) and Orgueil (CI) meteoritok nanodiam. powder 738.6 nm CVD diam. Imp. IIa diam. nanodiam. 1 (a) 736.8 nm (a) (b) (c) nanodiam. 2 720 730 740 750 760 720 730 740 750 760 wavelength (nm) wavelength (nm) 8 2 63k 7 (c) 735.7 nm (d) 48k 6 4 32k 16k 5 6 800 4 3 2 1 2nm 0 720 730 740 750 760 peak position (nm) 8 10 12 14 2nm (b) 2 4 6 8 10 12 14 x (m) fényes lumineszcencia & kvantumbezártság Vlasov, Gali, Wrachtrup et al., Nature Nanotechnology, under review (2013)

Újra egy kis kitérő gyémánt szilícium szilíciumkarbid

number of particle (normaled) 100 Az általunk készített SiC NC jellemzői méreteloszás 80 60 Gauss average size 3 nm 40 5 nm 20 0 1 2 3 4 5 6 diameter [nm] Streptavidin Beke, Gali et al., Applied Physics Letters 99 213108 (2011)

SiC NC: NIR kétfoton-gerjesztés és láthatóban emisszió demonstrálása CA1 piramis agysejt egerekben Beke, Rózsa, Gali et al., J. Mat. Res. 28 205-209 (2013).

SiC NC: Si-vakancia jellegű ponthibák M = V, Mo, W

SiC NC: divacancia jellegű ponthibák M = Mo, W

SiC NC: emisszió NIR tartományban jól megválasztott ponthibák NIR emissziós centrumként viselkedhetnek még nagyon kis SiC nanokristályokban is Somogyi, Zólyomi & Gali, Nanoscale, 4 7720-7726 (2012)

Adalékolt SiC NC & biomarkerek Festék QDs QD SiC NC Nem mérgezőek Jó kiürülés Diszpergálnak vizes közegben Fotostabilak Multifunkcionálisak Erős fénykibocsátás Emisszió a biológiai ablakban az adalékolt SiC NC ideális in vivo biomarker

Kutatócsoport tagjai Vörös Márton Ivády Viktor Szász Krisztián Demjén Tamás Somogyi Bálint Thiering Gergő Beke Dávid Szekrényes Zsolt Zólyomi Viktor Szilvási Tibor Elisa Londero kísérletiek Alumni: Tamás Hornos Hugo Pinto Áron Szabó Thomas Chanier

Köszönetnyilvánítás Magyar Tudományos Akadémia EU research consortium & DIADEMS Országos Tudományos Kutatási Alap National Science Fund (USA) Knut & Alice Wallenberg Alap (Svédország)