Эффекты многократного рассеяния лазерного излучения в дисперсных средах, содержащих золотые наночастицы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Скапцов, Александр Александрович

• Скапцов, Александр Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Скапцов, Александр Александрович

Введение.

Глава 1. Обзор литературы и постановка задач исследования.

Глава 2. Рассеяние света на изолированных наночастицах различной формы и структуры.

2.1. Дисперсионные характеристики материалов наночастиц.

2.2. Рассеяние света на сферически-симметричных частицах.

2.2.1. Однородные наночастицы.

2.2.2. Нанооболочки.

2.2.3. Остеклованные наночастицы.

2.3. Рассеяние света на несферических частицах.

2.3.1. Однородные наностержни.

2.3.2. Слоистые наностержни.

Глава 3. Рассеяние лазерного излучения на агрегатах наночастиц.

3.1. Модели и метод расчета.

3.2. Агрегация золотых сферических наночастиц.

3.3. Агрегация золотых сферических наночастиц с сильнорассеивающими частицами.

Глава. 4. Моделирование многократного рассеяния лазерного излучения в средах с наночастицами.

4.1. Модели и методы расчета.

4.1.1. ЗИ метод.

4.1.2. 20 метод.

4.2. Спектральные характеристики обратного рассеяния.

4.2.1. Оптическая модель биоткани.

4.2.2. Водные суспензии золотых наночастиц.

4.2.3. Спектральные характеристики биоткани, содержащей золотые наночастицы

4.3. Концентрационная зависимость эффективности поглощения

Глава 5. Учет эффектов многократного рассеяния излучения в диагностических и терапевтических методиках, использующих золотые наночастицы.

5.1. Лазерный фототермолиз.

5.2. Оптическая низко-когерентная томография.

5.3. Колориметрический анализ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эффекты многократного рассеяния лазерного излучения в дисперсных средах, содержащих золотые наночастицы»

Актуальность темы

Закономерности взаимодействия лазерного излучения с различными прйродными и техническими объектами изучаются достаточно давно. Главной особенностью, определяющей процессы распространения лазерного излучения в биологических объектах, является многократное рассеяние излучения, обусловленное неоднородностью строения биотканей. При этом поглощение в большинстве случаев значительно меньше, чем рассеяние. Появление в последние годы различных типов плазмонно-резонансных наночастиц и их использование в качестве термофотосенсибилизаторов привело к необходимости решения задачи распространения лазерного излучения в сильно рассеивающих средах, дополнительно включающих в себя сильно поглощающие частицы с различной локализацией. Такие среды, образованные частицами с сильно различающимися оптическими свойствами, когда один тип частиц преимущественно рассеивает излучение, а другой тип частиц сильно поглощает, обладают целым рядом специфических свойств, которые к началу работы над диссертацией были изучены недостаточно.

Лазерное излучение позволяет осуществлять локальный нагрев биотканей с наночастицами (фототермолиз), такой метод фототермической терапии применяется для лечения ряда онкологических заболеваний. В этом направлении уже достигнуты определенные успехи, и в перспективе речь идет о внедрении метода в клиническую практику. Однако развитие метода сдерживается наличием ряда нерешенных проблем. В частности необходимо обеспечить точный локальный нагрев в заданном температурном диапазоне, необходимо оптимизировать параметры лазерного воздействия и концентрацию наночастиц.

Нанотехнологии дают уникальную возможность синтезировать частицы, обладающие заданными оптическими свойствами. Например, могут быть созданы частицы, сильно поглощающие или рассеивающие в определенной спектральной области. При воздействии лазерным излучением соответствующей длины волны системы таких наночастиц могут использоваться в качестве эффективного термофотосенсибилизатора при локальной гипертермии опухолей, а также существенно повышать эффективность диагностических методов, основанных на светорассеянии, например темнопольной микроскопии, спектроскопии диффузного светорассеяния и оптической когерентной томографии.

На момент написания диссертации в литературе была слабо освещена проблема расчета температурных полей в биоткани, содержащей золотые наноструктуры и их агрегаты при лазерном фототермолизе. Также, не были решены вопросы, связанные с эффективностью спектрального детектирования наночастиц в биоткани. Не существовало методики расчета сигнала оптического низко-когерентного томографа (ОКТ) при детектировании структуры биоткани, содержащей плазмонно-резонансные наночастицы.

В данной работе основное внимание уделено моделированию процессов взаимодействия лазерного излучения со средами, содержащими золотые наночастицы, поскольку такие частицы наиболее широко применяются в настоящий момент в биомедицине. Это связано с тем, что золото как материал обладает высокой устойчивостью к окислительным реакциям, что существенно для биомедицины. Золотые наночастицы могут селективно накапливаться внутри или около биологической цели. Наличие оптического плазмонного резонанса, зависящего от формы, размера и структуры частиц, делает возможным использование золотых наночастиц в качестве настраиваемого селективного поглотителя или настраиваемого селективного рассеивателя. Ряд золотых наночастиц, например золотые нанооболочки Аи/8Юг и наностержни Аи’обладают резким резонансом в области "оптического окна прозрачности" биоткани 750-1100 нм. Золотые наночастицы могут эффективно использоваться в качестве контрастирующих агентов для рентгенографии и низко-когерентной томографии.

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование особенностей поглощения и рассеяния лазерного излучения в биологических системах, содержащих наночастицы, обусловленных их формой, структурой и коллективными эффектами.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Исследование пространственного распределения поглощения лазерного излучения наночастицами в сильно рассеивающих средах и влияние этого на формирование картины тепловых полей в биоткани.

2. Моделирование спектральных характеристик диффузного светорассеяния и поглощения биотканей, содержащих наночастицы с учетом многократного рассеяния света.

3. Исследование спектральных и цветовых эффектов в дисперсных системах с наночастицами для расширения возможностей темнопольной микроскопии и спектроскопии диффузного светорассеяния.

4. Оптимизация методики интерпретации результатов низкокогерентной томографии биотканей, содержащих наночастиц ь I

Положения и результаты, выносимые на защиту

1. Изменения, которые вносят золотые наночастицы, локализованные в биоткани, в спектры диффузного рассеяния, определяются особенностями спектров поглощения этих частиц, а не их спектрами рассеяния.

2. Агрегация золотых наночастиц с рассеивателями биоткани не меняет усредненное по ориентациям агрегата значение сечения поглощения наночастиц.

3. В рассеивающих системах с наночастицами происходит сильное локальное перераспределение плотности поглощенной энергии, которое может приводить к локальной микродеструкции биоткани без повышения среднего значения поглощенной энергии.

4. При концентрациях наночастиц в биоткани, меньших порогового значения, наблюдается эффект усиления поглощения лазерного излучения по сравнению с поглощением наночастиц в однородной среде за счет многократного рассеяния излучения и ослабление поглощения при превышении порогового значения концентрации наночастиц.

Настоящее диссертационное исследование выполнено при поддержке РФФИ (грант № 07-02-01434 «Теоретическое и экспериментальное исследование контрастирования новообразований в биотканях при низкокогерентной оптической томографии с помощью золотых наночастиц»), Министерства науки и инноваций РФ (госконтракт № 02.512.11.2034 «Разработка нанотехнологии лазерного селективного фототермолиза и контрастирования злокачественных новообразований на основе использования плазмонно-резонансных наночастиц», госконтракт № 02.740.11.0484

Исследование терапевтических, токсических и термических воздействий комплексов наночастица-фотосенсибилизатор при лазерном воздействии», госконтракт № 02.740.11.0770 «Разработка оптических методов исследования и мониторинга изменений параметров биологических тканей и цельной крови при изменении содержания глюкозы в тканях организма человека и животных»), Федеральной целевой программой («Развитие научного потенциала высшей школы» проект №2.2.1.1/2950, «Оптические методы диагностики нано- и мезоскопических сред» проект №2.1.1/4989) и Федеральным агентством по образованию («Исследование взаимодействия оптического излучения с биологическими тканями и разработка когерентнооптических и спектральных методов медицинской диагностики и фототерапии)' проект № 1.4.09) I

Научная новизна работы

На основе проведенного численного моделирования пространственного распределения плотности поглощения лазерного излучения в биоткани с золотыми наночастицами впервые получена база данных для определения температуры в глубине и на поверхности биоткани при различной локализации наночастиц. Разработана и реализована оригинальная программа расчета рассеяния света слоистыми наностержнями на основе Т-матриц. Впервые проведено теоретическое моделирование диффузии фотонов и сравнение с экспериментами по лазерному нагреву в рассеивающих объектах сложной геометрии с наночастицами. Разработана и апробирована оригинальная методика расчета сигнала ОКТ томографа для рассеивающих систем с золотыми наночастицами.

Научно-практическая значимость работы: Материалы диссертации используются при проведении научных исследований в ИБФРМ РАН, НИИ естественных наук ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Федерального агентства по образованию РФ, а также в учебном процессе на кафедре оптики и биофотоники физического факультета при чтении спецкурсов по дисциплинам «биофизика» и «лазерные методы в медицине».

В процессе выполнения диссертационного исследования разработана оригинальная методика компьютерного моделирования и зарегистрирован алгоритм и Программа расчета пространственного распределения поглощенных фотонов в дисперсной слоистой системе содержащей золотые наночастицы (свидетельство государственной регистрации №2008610607).

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования доложены на II Троицкой конференции "Медицинская физика и инновации в медицине” (Троицк, 2006), Full Meeting «Optical Technologies in Biophysics and Medicine» (Саратов, 2006, 2007, 2008), «Congress Optics and Photonics» (Сан Диего, США, 2007), «Photonics West BiOS «Complex Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics V» (Сан Хосе, Калифорния, США, 2008), VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Отечественные противоопухолевые препараты» (Москва, 2008), V Съезде Российского фотобиологического общества (Пущино, 2008 «Нанотехнологии в онкологии - 2008» (Москва, 2008), III Всероссийской научной конференции «Наноонкология» (Саратов, 2011).

Достоверность научных результатов подтверждается согласием с расчетами других групп (в области совпадения моделей), а также качественным и количественным согласием с результатами экспериментов.

Личный вклад диссертанта и результаты, полученные совместно с другими исследователями: Все результаты теоретического моделирования получены лично автором, которым самостоятельно разработаны алгоритмы и реализованы программы численного моделирования диффузии фотонов в исследуемых средах, проведены модельные расчеты и интерпретация их результатов. Автором самостоятельно поставлен и проведен ряд экспериментов по лазерному нагреву модельных объектов сложной структуры с наночастицами. Автором также проведено теоретическое моделирование экспериментов, по измерению ОКТ, лазерному нагреву и цветовым измерениям в темнопольной микроскопии, выполненных Г.Г. Акчуриным,

Г.С. Терентюком, В.А.Ханадеевым. i.

Работа выполнена на кафедре оптики и биофотоники Саратовского государственного университета им. Н.Г.Чернышевского.

Публикации. Основные результаты исследования, выводы и положения диссертации опубликованы в 14 научных работах, из них 3 - в отечественных и иностранных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, основной части, содержащей" 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы, состоящего из 178 ссылок. Диссертация изложена на 113 страницах, содержит 60 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Скапцов, Александр Александрович

Заключение и выводы

1. Разработан комплекс программ, позволяющий рассчитывать спектральные характеристики биоткани, содержащей наночастицы, с учетом структуры наночастиц, степени агрегации и эффектов многократного светорассеяния.

2. С помощью разработанного комплекса программ проведено моделирование пространственной плотности поглощенных фотонов в биоткани для оценки тепловых полей.

3. Разработана методика количественного моделирования сигнале, низкокогерентного томографа, верифицированная по экспериментальным результатам.

4. Получены оценки влияния многократного рассеяния и геометрии эксперимента на цвет различных наночастиц в темнопольной микроскопии.

5. Показано, что многократное рассеяние и взаимодействие золотых наночастиц с частицами биоткани может значительно увеличивать эффективность поглощения света наночастицами. Получено экспериментальное подтверждение эффекта усиления поглощения в биоткани.

6. Проведены экспериментальные исследования температурных полей в модельных системах при различной концентрации наночастиц и методом компьютерного моделирования получены количественные оценки эффектов насыщения поглощения и экранирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Скапцов, Александр Александрович, 2011 год

1. Anderson R.R., Parrish J.A. Microvasculature can be selectively damaged,using dye lasers: a basic theory and experimental evidence in human skin//1.sers Surg. Med. 1981. - V.l. -P.263- 276

2. Anderson R.R., Parrish J.A. Selective photothermolysis: precise microsurgery by selective absorption of pulsed radiation// Science. 1983. - V.220. -P.524-527

3. Ara G., Anderson R., Mandel K., Oseroff A.R. Absorption of ns1.photoradiation of melanosomes generates acoustic waves and inducespigmented melanoma cell toxicity// Photochem Photobiol. 1988. - V.47. -P.375-405

4. Averitt R.D., Sarkar D., Halas N.J. Plasmon resonance shifts of Au-coated

5. Au2S nanoshells: insight into multicomponent nanoparticle growth//Phys.

6. Rev. Lett. 1997. - V. 78. - P.4217-4220.

7. Berry М. V., Percival I. C. Optics of fractal clusters such as smoke // Opt. Acta. 1986. - V. 33. - P. 577-591.

8. Bhandri R. Scattering coefficients for a multilayered sphere: Analyticexpressions and algorithms// Appl. Opt. 1985. - V.24., №13. - P. 1960: 1967

9. Bogatyrev V.A., Dykman L.A. Colloidal gold in solid-phase assays //

10. Biochemistry (Moscow). 1997. - V. 62. - P.350-356.

11. Bouhelier A., Bachelot R.y. Im J. S., Wiederrecht G. P., Lerondel G.,

12. Kostcheev S., Royer P. Electromagnetic interactions in plasmonic nanoparticle arrays// J. Phys. Chem. B. 2005. - V. 109. - P. 3195-3198

13. Breasted J.H. The Edwin Smith surgical papyrus: vol.l. Chicago:

14. University of Chicago, 1930. 429 pp.

15. Camerin М., Rello S., Villanueva A., Ping X., Kenney M.E., Rodgers M.A.J., Jori G. Photothermal sensitisation as a novel therapeutic approach for tumours: studies at the cellular and animal level// Eur.J.Cancer. 2005. -V.41. -P.1203-1212

16. Camerin М., Rodgers M.A.J, Kenney M.E., Jori G. Photothermal sensitisation: evidence for the lack of oxygen effect on the photosensitizing activity// Photochem. Photobiol. Sci. 2005. - V.4. - P.251- 253

17. Canifeld L.R., Hass G., Hunter W.R. The optical properties of evaporated gold in the vacuum ultraviolet from 300 A to 2 000 A //J. Phys.(Paris).i 1964.-V.25.-P.124-129 .

18. Chen J., Wiley B., Li Z.Y., Campbell D., Saeki F., Cang H., Au L., Lee J., Li X., Xie Y. Gold nanocages: engineering their structure for biomedical1 applications//Adv. Mater. 2005. - V. 17. - P.2255-2261.

19. Chen W.R., Adams R.L., Bartels K.E., Nordquist R.E. Chromophore-enhanced in vivo tumor cell destruction using an SOS-nm diode laser//Cancer Lett. 1995,- V.94.- P. 125-131

20. Chen W.R., Adams R.L., Heaton E., Dickey D.T., Bartels K.E., Nordquist R.E. Chromophore-enhanced laser tumor tissue photothermal interaction using an 808 nm diode laser// Cancer Lett. 1995. - V.88. - P. 15-19

21. Daniel M.C., Astruc D. Gold nanoparticles: Assembly,supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology// Chem. Rev. 2004. - V.104. -P.293-346

22. Danniell M.D., Hill J.S. A history of PDT// Aust. N.ZJ. Surg. 1991. - V.61.- P.340-348

23. De Jong W.H., Hagens W.I., Krystek P., Burger M.C., Sips A.J.A.M. Geertsma R.E. // Biomaterials. 2008. - V. 29. - P. 1912-1919.

24. Doicu A., Wriedt T., Eremin Y.A. Light Scattering by Systems of Particles. -Berlin: Springer, 2006. 324 pp.

25. Dolmans D.E., Fukumura D., Jain R.K. Photodynamic therapy for cancer// Nat. Rev. Cancer. 2003. - V.3., №5. - P.380-387

26. Dougherty T.J., Gomer C.J., Henderson B.W., Jori G., Kessel D., Korbelik M., Moan J., Peng Q. Photodynamics therapy// J. Natl. Cancer Inst. 1998. -V.90.,№12. -P.889-905

27. Doyle W.T. Absorption of Light by Colloids in Alkali Halide Crystals// Phys. Rev.- 1958. -V.111.-P.1067-1072

28. Draine B.T. The Discrete Dipole Approximation for Light Scattering by

29. Irregular Targets// In: Light Scattering by Nonspherical Particles: Theory,leasurements, and Applications / Ed. by Mishchenko M. I., Hovenier J. W.,

30. Travis L. D. San Diego: Academic Press. 2000. Ch. 5. P. 131-145.

31. El-Sayed I.H., Huang X., El-Sayed M.A. Selective laser photo-thermal therapy of epithelial carcinoma using anti-EGFR antibody conjugated gold nanoparticles// Cancer Lett. 2006. - V.239,№1. - P. 129- 135

32. El-Sayed M.A. Some interesting properties of metals confined in time and nanometer space of different shapes// Acc. Chem. Res. 2001. - V.34. -P.257-264

33. Gazelle G.S., Goldberg S.N., Solbiati L., Livraghi T. Tumor ablation with radio-frequency energy// Radiology (Easton, Pa.). 2000. - V.217. - P.633-646

34. Goldberg S.N. Radiofrequency tumor ablation: principles and techniques// Eur. J. Ultrasound. -2001. V. 13.,№2. - P. 129-147

35. Goldberg S.N., Dupuy D.E. Image-guided radiofrequency tumor ablation: challenges and opportunities part I// J. Vase. Interv. Radiol. - 2001. - V.12. -P.1021-1032

36. Greenwald J., Rosen S., Anderson, R.R., Harrist T., MacFarland F., Noe J., Parrish J.A. Comparative histological studies of the tunable dye (at 577 nm) laser and argon laser: the specific vascular effects of the dye laser// J. Invest.

37. Dermatol. 1981. - V.77. -P.305-310

38. Hagemann H.-J., Gudat W., Kuzn C. Optical constants from the far infrared to the x-ray region: Mg, Al, Cu, Ag, Bi, C, and A1203// JOSA. 1975.1. V.65, №6. P. 742-744

39. Hainfeld J.F., Slatkin D.N., Smilowitz H.M. The use of gold nanoparticles toenhance radiotherapy in mice// Phys. Med. Biol. 2004. - V.49. - P.309-315

40. Halperin W.P. Quantum size effects in metal particles//Rev. Mod. Phys.1986.-V.58.-P. 533-606

41. Hayat M.A. Colloidal Gold: Principles, Methods and Applications. San

42. Diego: Academic Press, 1989. pp. 484

43. Henderson B.W., Dougherty T.J. How does photodynamic therapy work?// Photochem. Photobiol. 1992. - V.55,№1. - P. 145-157

44. Hirsch L.R., Gobin. A.M., Lowery A.R., Tam F., Drezek R., Halas N.J., West J.L. Metal Nanoshells// Annals of Biomedical Engineering 2006. - V.34. -P. 15- 22

45. Hirsch L.R., Stafford R.J., Bankson J.A., Sershen S.R., Rivera B., Price R.E., Hazle J.D., Halas N.J., West J.L. Nanoshell-mediated near-infrared thermal therapy of tumors under magnetic resonance guidance // PNAS. 2003. - V.23. P. 13549-13554

46. Hleb E.Y., Lapotko D.O. Photothermal properties of gold nanoparticles undeiexposure to high optical energies// Nanotechnology. 2008. -V. 19. - P. 1-10.

47. Hu M., Petrova H., Chen J., McLellan J.M., Siekkinen A.R., Marquez M., Li X., Xia Y., Hartland G.V. Ultrafast laser studies of the photothermal properties of gold nanocages// J. Phys. Chem. B . 2006. - V.110,№4. -P. 1520-1524

48. Huang X., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. Cancer cell imaging and1 photothermal therapy in the near-infrared region by using gold nanorods// J.

49. Am. Chem. Soc. -2006. V.128,№6. -P.2115-2120

50. Huang X., Jain P.K., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. Determination of theminimum temperature required for selective photothermal destruction of cancer cells using immunotargeted gold nanoparticles// Photochem.

51. Photobiol. 2006. - V.82,№2. - P.412^17

52. Huang X., Jain P.K., El-Sayed I.H., El-Sayed M.A. Plasmonic photothermal• therapy (PPTT) using gold nanoparticles //Lasers. Med. Sci. 2008. - V.23. 1. P.217-228

53. Huff T.B., Tong L., Zhao Y., Hansen M.N., Cheng J.X., Wei A. Hyperthermic effects of gold nanorods on tumor cells// Nanomedicine. -2007.-V.2,№1.-P. 125-132

54. IF in V.B., Farafonov V.G., Farafonov E.V. Extended boundary conditionmethod in combination with field expansions in terms of spheroidal functions

55. Optics and Spectroscopy. 2007. - V.102,№2. - pp. 278-289

56. Irani G.B., Huen T., Wooten F.J. Optical Constants of Silver and Gold in the Visible and Vacuum Ultraviolet// Opt. Soc. Am. 1971. - V.61,№1. - P.128-129

57. Jana N.R., Gearheart L., Murphy C.J. Wet Chemical Synthesis of High Aspect Ratio Cylindrical Gold Nanorods//J. Phys. Chem. B. 2001. - V.105.- P. 4065—4067

58. Jiang W., Kim B.Y.S., Rutka J.T., Chan W.C.W. Nanoparticle-mediated cellular response is size-dependent // Nature Nanotechnology. 2008. - V. 3. -P. 145-150.

59. Johnson P.B., Christy R.W. Optical Constants of the Noble Metals//Phys. Rev. B. 1972. - V.6. - P. 4370^4379

60. Jori G., Spikes J.D. Photothermal sensitizers: possible use in tumour therapy//• Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 1990. - V.6, №1. -P.93-101

61. Kalambur V.S., Longmire E.K., Bischof J.C. Cellular level loading and heating of superparamagnetic iron oxide nanoparticles.// Langmuir . 2007. -V.23. - P.12329-12336.

62. Kalele S., Gosavi S.W., Urban J., Kulkarni S.K. Nanoshell particles-synthesis, properties and applications // Current science. 2006. - V.91,№8. -P. 1038- 1052

63. Kapany N.S., Peppers N.A., Zweng H.C., Flocks M. Retinal photocoagulation by Lasers. //Nature. 1963. - V.199. - P. 146-149

64. Katz E., Willner I. Integrated nanoparticle-biomolecule hybrid systems: Synthesis, properties, and applications //Angew. Chem. Int. Ed. 2004. -V.43. - P.6042-6108

65. Kerker M. The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation. -San

66. Diego: Academic press, 1969. 666p.

67. Kerker M.J. The optics of colloidal silver: something old and something new

68. Colloid Journal of Colloid and Interface Science. 1985. - V.105. - P.297314

69. Khlebtsov B.N, Zharov V., Melnikov A.G., Tuchin V.V., Khlebtsov N.G. Optical amplification of photothermal therapy with gold nanoparticles and nanoclusters // Nanotechnology. 2006. - V. 17. - P. 5167-5179

70. Khlebtsov B.N., Khlebtsov N.G. Biosensing potential of silica/gold nanoshells: Sensitivity of plasmon resonance to the local dielectric environment // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2007. - V. 106. - P.154.169.

71. Khlebtsov B.N., Khlebtsov N.G. Multipole plasmons in metal nanorods: Scaling properties and dependence on the particle size, shape, orientation, and dielectric environment // J. Phys. Chem. C. 2007. - V. 111. - P. 11516• 11527.

72. Khlebtsov B.N., Khlebtsov N.G. Ultrasharp light scattering resonances ofstructured nanospheres: Effects of size-dependent dielectric functions // J. Biomedical Optics. 2006. - V. 11. - P. 44002 (1-5).

73. Khlebtsov N.G., Maksimova I.L., Tuchin V.V., Wang L. Introduction to light scattering by biological objects // In: handbook of optical biomedical diagnostics / Ed. by Tuchin V.V., SPIE: Bellingham, Washington. 2002, Ch.• 1.-P. 31-167.

74. Khlebtsov N.G., Bogatyrev V.A., Dykman L.A., Melnikov A.G. Spectral extinction of colloidal gold and its biospecific conjugates// Journal of colloid and interface science. 1996. - V.180. - P.436-445

75. Khlebtsov N.G., Trachuk L.A., Melnikov A.G. Plasmon resonances of silver and gold nanorods // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 2004. - V.5475. - P.l-12

76. Kim I.K., Miller J.W. Photodynamic therapy// Intraocular Drug Delivery. -2006.- P. 129-141

77. Kooij E.S., Poelsma B. // Phys. Chem. 2006. - V.6. - P.3349

78. Lahaye C.T.W., van Gemert M.J.C. Optimal Laser Parameters for Port Wine Stain Therapy: a Theoretical Approach // Physics in Medicine and Biology. -1985. V. 30, №6. - P. 573-588.

79. Lakhtakia A., Mulholland G.W. On two numerical techniques for lightscattering by dielectric agglomerated structures // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 1993. - V. 98. - P. 699-716.

80. Lee K.-S., El-Sayed M.A. Dependence of the Enhanced Optical Scattering Efficiency Relative to That of Absorption for Gold Metal Nanorods on Aspect Ratio, Size, End-Cap Shape, and Medium Refractive Index // J. Phys. Chem.

81. B. -2005. V.109. -P.2033-20338

82. Letfullin R.R., Iversen C.B., George T.F. Modeling nanophotothermal therapy: kinetics of thermal ablation of healthy and cancerous cell organelles and gold nanoparticles //Nanomedicine. 2011. - V.7, №2. - P. 137-145

83. Levin C.S., Kundu J., Barhoumi A., Halas N.J. Nanoshell-based substratesfor surface enhanced spectroscopic detection of biomolecules // Analyst. -2009. -V. 134. P. 1745-1750.

84. Link S, El-Sayed M.A. Shape and size dependence of radiative, non-radiative and photothermal properties of gold nanocrystals// Int. Rev. Phys. Chem.2000. V. 19. - P.409-453 '

85. Loo C., Lowery A., Halas N.J., West J.L., Drezek R. Immunotargeted nanoshells for integrated cancer imaging and therapy// Nano. Lett. 2005. -V.5. - P.709-711

86. Loo C.H., Lin A., Hirsch L.R., Lee M.H., Barton J., Halas N.J., West J., Drezek R.A. Nanoshell-enabled photonics-based imaging and therapy of cancer//Tech. Cancer Res. Treat. 2004. - V.3. - P.33-40

87. Lucassen G.W., Verkruysse W., Keijzer M., van Gemert M.J.C. Light Distributions in a Port Wine Stain Model Containing Multiple Cylindrical and Curved Blood Vessels // Lasers in Surgery and Medicine. 1996. - V. 18, №‘4.-P. 345-357.

88. Mackowski D.W., Altenkirch R.A., Menguc M.P. Internal absorption cross sections in a stratified sphere// Appl. Opt. 1990. - V.29. - P. 1551-1559

89. Mackowski D.W., Mishchenko M.I. Calculation of the T matrix and scattering matrix for ensembles of spheres // J. Opt. Soc. Amer. A. 1996. -V.13. -P.2266-2278

90. Maksimova I.L., Akchurin G.G., Khlebtsov B.N., Terentyuk G.S., Akchurin

91. Malynych S., Chumanov G. Light-inducted coherent interections between silver nanoparticles in two-dimentional arrays // J. Am. Chem. Soc. 2003. -V. 125. - P. 2896-2898.

92. Minton J.P., Carlton D.M., Dearman J.R., McKnight W.B., Ketcham A.S. An evaluation of the physical response of malignant tumor implants to pulsed laser radiation// Surg. Gynaecol. Obstet. 1965. - V.121. - P.538-544

93. Mirza A.N., Fornage B.D., Sneige N., Kuerer H.M., Newman L.A., Ames

94. F.C., Singletary S.E. Radiofrequency ablation of solid tumors// Cancer J.2001. V.7. -P.95-102

95. Mishchenko M.I., Travis L.D., Mackowski D.W. T-matrix computations of light scattering by nonspherical particles: A review // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1996. - V. 55. - P. 535-575.

96. Mishchinko M.I. Diffuse and coherent backscattering by discrete random media. -1. Radar reflectivity, polarization ratios, and enhancement factors fora half-space of polydisperse, nonabsorbing and absorbing spherical particles \\

97. J. quant, spectrosc. radiat. transfer. 1996. - V.56. -P.673-702.

98. Mishchinko M.I., Travis L.D., Lacis A.A. Scattering, absorption and emission of light by small particles. New York: Cambridge university press, 2002. -448 pp.

99. Morelli J.G., Tan O.T., Garden J., Margolis R., Seki Y., Bol J., Carney J.M., Anderson R.R., Furumoto H., Parrish J.A. Tunable dye laser (577 nm) treatment of port wine stains//Xasers Surg. Med. 1986. - V.6. - P.94-99

100. Niemeyer C.M. Nanoparticles, proteins, and nucleic acids: Biotechnologymeets materials science// Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2001. - V.40. 1. P.4128—4158

101. Niemz M.H. Laser Tissue Interactions: Fundamentals and Applications. -Berlin, 1996. - 305 pp.

102. Nikoobakht B., El-Sayed M.A. Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method// Chem. Mater. -2003.-V. 15.,№10-P. 1957- 1962

103. O’Neal D.P., Hirsch L.R., Halas N.J., Payne J.D., West J.L. Photothermal tumor ablation in mice using near infrared absorbing nanoshells// Cancer Lett.- 2004. V.209. - P. 171-176

104. Ochsenkuhn M.A., Jess P.R.T., Stoquert H., Dholakia K., Campbell C.J. Nanoshells for surface-enhanced Raman spectroscopy in eukaryotic cells: Cellular response and sensor development // Acs Nano. 2009. - V. 3. - P. 3613-3621.

105. Ochsner M.J. Photophysical and photobiological processes in the photodynamic therapy of tumours// Photochem. Photobiol B. 1997. -V.39.,№1. -P.l-18

106. Oldenburg S., Averitt R.D., Westcott S., Halas N.J. Nanoengineering of optical resonances // Chem. Phys. Lett. 1998. - V. 288. - P. 243-247

107. Otter M.Z. Phisik, 161, 163 (1961)

108. Oubre Ch., Nordländer P.J. Optical Properties of Metallodielectric Nanostructures Calculated Using the Finite Difference Time Domain Method //Phys. Chem. B. -2004. V. 108. - P. 17740-17747

109. Parak W.J., Gerion D., Pellegrino T., Zanchet D., Micheel C., Williams S.C., Boudreau R., Le Gros M.A., Larabell C.A., Alivisatos A.P. Biological applications of colloidal nanocrystals// Nanotechnology. 2003. - V.14. -P. 15-27

110. Parrish J.A., Anderson R.R., Harrist T., Paul B., Murphy G.F. Selective thermal effects with pulsed irradiation from lasers: from organ to organelle// J. Invest. Dermatol. 1983. - V.80. - P.75-80

111. Peng Z., Walther T., Kleinermanns K. Influence of intense pulsed laser irradiation on optical and morphological properties of gold nanoparticle aggregates produced by surface acid-base reactions// Langmuir. 2005. -V.21. - P.4249-4253.

112. J^^^^itsillides C.M., Joe E.K., Wei X., Anderson R.R., Lin C.P. Selective Cell Targeting with Light-Absorbing Microparticles and Nanoparticles // Biophys J. -2003. V.84.,№6. - P.4023-4032

113. Pitsillides C.M., Joe EK, Wei X., Anderson R.R., Lin C.P. (2003) Selective cell targeting with light-absorbing microparticles and nanoparticles. Biophys J 84:4023—4032

114. Polla L.L., Margolis R.J., Dover J.S., Whitaker D., Murphy G.F., Jacques

115. S.L., Anderson R.R. Melanosomes are a primary target of Q-switched ruby laser irradiation in guinea pig skin// J. Invest. Dermatol. 1987. - V.89. -P.281-286

116. Ratto F., Matteini P., Rossi F., Menabuoni L., Tiwari N., Kulkarni S.K., Pini R. Photothermal effects in connective tissues mediated by laser-activated gold nanorods // Nanomedicine. 2009. - V.5.,№2. - P. 143-151

117. Römer H., von Fragstein C.Y. Phzsik, 163, 27 (1961)

118. Sato M., Watanabe Y., Ueda S., Iseki S., Abe Y., Sato N., Kimura S., Okubo K., Onji M. Microwave coagulation therapy for hepatocellular carcinoma// Gastroenterology. 1996. - V.110.,№5. - P. 1507-1514

119. Scaffardi L.B., Pellegri N., De Sanctis O., Tocho J.O. Sizing gold nanoparticles by optical extinction spectroscopy// Nanotechnology.- 2005 -V. 16.-P. 158-163

120. Scherbakov Y.N., Yakunin A.N., Yaroslavsky I.V., Tuchin V.V. Modeling of Temperature Distribution in the Skin Irradiated by Visible Laser Light // Proc. SPIE. 1994. - V. 2082, №3. - P. 268-275.

121. Schulz L.G. The Optical Constants of Silver, Gold, Copper, and Aluminum. I.

122. The Absorption Coefficient k//J. Opt. Soc. Am. 1954. - V.44. - P.357-362

123. Seegenschmiedt M.H., Brady L.W., Sauer R. Interstitial thermoradiotherapy:review on technical and clinical aspects// Am. J. Clin. Oncol. 1990. 1. V.13.,№4. -P.352-363

124. Seki T., Wakabayashi M., Nakagawa N., Imamura M., Tamai T., Nishimura

125. A., Yamashiki N., Okamura A., Inoue K. Percutaneous microwavecoagulation therapy for patients with small hepatocellular carcinoma,i Comparison with percutaneous ethanol injection therapy// Cancer (Philadelphia). 1999. - V.85. - P.1694-1702

126. Shi Kam N.W., O’Connell M., Wisdom J.A., Dai H. Carbon nanotubes as1 multifunctional biological transporters and nearinfrared agents for selectivecancer cell destruction// Proc. Natl. Acad. Sei. 2005. - V. 102.,№33. -P. 11600-11605

127. Smith G.B., Pustovit V.N. Coupled multipolar interactions in clusters of1 nanoparticles with metal shells // Opt. Commun. 2002. - V. 211. - P. 197204.

128. Smithies D.J., Butler P.H. Modelling the Distribution of Laser Light in Port-Wine Stains with the Monte Carlo Method // Physics in Medicine and• Biology. 1995. - Vol. 40. - P. 701-733.

129. Photobiol. 1999. - V.69. - P.708-712

130. Song C., Wang D., Lin Y., Hu Z., Gu G., Fu X. Formation of silver nanoshells on latex spheres // Nanotechnology. 2004. - V. 15 - P. 962-965.

131. Stern J.M., Stanfield J., Lotan Y., Park S., Hsieh J.T., Cadeddu J.A. Efficacy of laser-activated gold nanoshells in ablating prostate cancer cells in vitro // J. Endourol. 2007. - V. 21. - P. 939-943.

132. Sultan R.A. Tumour ablation by laser in general surgery// Lasers. Med. Sci. -1990. V.5. -P.185-193

133. Svaasand L.O., Gomer C.J., Morinelli E. On the physical rationale of laser induced hyperthermia// Lasers. Med. Sci. 1990. - V.5. -P.121-128

134. Svaasand L.O., Norvang L.T., Fiskerstrand E.J., Stopps E.K.S., Berns M.W., Nelson J.S. Tissue Parameters Determining the Visual Appearance of Normal Skin and Port-wine Stains // Lasers in Medical Science. 1995. - Vol. 10. -P. 55-65.

135. Takahashi H., Niidome Т., Nariai A., Niidome Y., Yamada S. Photothermal reshaping of gold nanorods prevents further cell death// Nanotechnology. -2006. V. 17. - P.4431-4435

136. The Multiple Sphere T Matrix Fortran-90 Code Electronic resource. / D.W.

137. Takahashi H., Niidome Т., Nariai A., Niidome Y., Yamada S. Photothermal reshaping of gold nanorods prevents further cell death// Nanotechnology. -2006. V. 17. - P.4431—4435

138. Wang H., Kundu J., Halas N.J. Plasmonic nanoshell arrays combine surface-enhanced vibrational spectroscopies on a single substrate // Angew. Chem. Int. Ed. 2007. - V. 46. - P. 9040-9044.

139. Warren C.W.C., Maxwell D.J., Gao X., Bailey R.E., Han М., Nie S.

140. Luminescent quantum dots for multiplexed biological detection and imaging//

141. Curr. Op in. Biotechnol. 2002. - V.13. - P.40—46

142. Waterman P.C. Symmetry, : unitarity, and geometry in electromagnetic scattering // Phys. rev. D. 1971. - V.3.,№4. - P.825-839.

143. Weissleder R. A clearer vision for in vivo imaging// Nat. Biotechnol. 2001. -V.19.-P.316-317

144. Welch A.J. The thermal response of laser-irradiated tissue// IEEE J. Quantum Electron 1984.-V. 12.-P. 1471-1475

145. West J.L., Halas N.J. Engineered nanomaterials for biophotonics applications: improving sensing, imaging, and therapeutics// Annu. Rev. Biomed. Eng. -2003.-V.5.-P.285-292

146. Wilson B.C. The physics of photodynamic therapy// Phys. Med. Biol. 1986.- V.31. P.327-360

147. Xia Y., Halas N.J. Shape-controlled synthesis and surface plasmonic properties of metallic nanostructures. // MRS Bull. 2005. - V.30. - P.338-348

148. Xu H., Kail M. Modeling the optical response of nanoparticle-based surface plasmon resonance sensors // Sens. Actuators B Chem. 2002. - V. 87. - P. 244-249.

149. Xu X., Cortie M.B. Shape Change and Color Gamut in Gold Nanorods, Dumbbells, and Dog Bones// Adv. Funct. Mater. 2006. - V.6. - P.21702176

150. Xu Y.-L. Electromagnetic scattering by an aggregate of spheres // Applied optics. 1995. - V.34,№21. - pp. 4573-4588

151. Xu Y.-L. Electromagnetic scattering by an aggregate of spheres: far field // Applied optics. 1997. - V.36,№36. - pp. 9496-9508

152. Xu Y.-L., Gustafson Bo A.S. Experimental and theoretical results of light scattering by aggregates of spheres // Applied optics. 1997. - V.36,№30. -pp. 8026-8030

153. Xu Y.-l., Khlebtsov N.G. Orientation-averaged cross sections of an aggregate of particles // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2003. - V. 78-80. - P. 1121-1137.

154. Xu Y.-L., Scattering Mueller matrix of an ensemble of variously shaped small particles // J. Opt. Soc. Am. A. 2003. - V.20,№11. - pp. 2093-2105

155. Zhao L.L., Kelly K.L., Schatz G.C. The extinction spectra of silver . nanoparticle arrays: influence of array structure on plasmon resonancewavelength and width // J. Phys. Chem. B. 2003. - V. 107. - P. 7343-7350.

156. Zharov V.P., Galitovskaya E.N., Johnson C., Kelly T. Synergistic enhancement of selective nanophotothermolysis with gold nanoclusters: potential for cancer therapy// Lasers Surg. Med. 2005. - V.37. - P.219-226

157. Zharov V.P., Galitovskaya E.N., Viegas M. Photothermal guidance for selective photothermolysis with nanoparticles// Proc. SPIE. 2004. - V.5319. -P.291-300

158. Zharov V.P., Galitovsky V., Viegas M. Photothermal detection of local thermal effects during selective nanophotothermolysis// Appl. Phys. Lett.2003. V.83.,№24. - P.4897-4899

159. Zharov V.P., Letfullin R.R., Galitovskaya E.N. Microbubbles-overlapping mode for laser killing of cancer cells with absorbing nanoparticle clusters// J. Phys. D. Appl. Phys. 2005. - V.38. -P.2571-81.

160. Zhao L.L., Kelly K.L., Schatz G.C. The extinction spectra of silver nanoparticle arrays: influence of array structure on plasmon resonance wavelength and width // J. Phys. Chem. B. 2003. - V. 107. - P. 7343-7350.

161. Zharov V.P., Mercer K.E., Galitovskaya E.N., Smeltzer M.S. Photo-thermal nanotherapeutics and nanodiagnostics for selective killing of bacteria targeted with gold nanoparticles// Biophys. J. 2006. - V.90. - P 505619-505627.

162. Zou S., Janel N., Schatz G.C. Silver nanoparticle array structures that produce remarkably narrow plasmon lineshapes // J. Chem. Phys. 2004. - V. 120. - P. 10871-10875.

163. Zou S., Schatz G.C. Narrow plasmonic/photonic extinction and scattering lineshapes for one and two dimensional silver nanoparticle arrays // J. Chem. Phys. 2005. - V. 121. - P. 12606-12612.

164. Айвазян Г.М. Распространение миллиметровых и субмиллиметровых волн в облаках: Справочник. Д.: Гидрометеоиздат, 1991. - 480 с.

165. Алексеева A.B., Богатырев В.А., Хлебцов Б.Н., Мельников А.Г., Дыкман JI.A., Хлебцов Н.Г. Золотые наностержни: синтез и оптические свойства // Коллоидный журнал. 2006. - Т. 68, № 6. - С. 25-744.

166. Антонов А.Н. Паралельное программирование с использованием технологии ОрепМР Текст.: Учебное пособие / Антонов А.Н. М.: Изд-во МГУ, 2009. 77 с.

167. Богатырев В.А , Дыкман JI А., Краснов Я М , Плотников В К , Хлебцов

168. Н.Г Метод дифференциальной спектроскопии рассеянного света для исследования биоспецифических реакций в системах конъюгатов золотых наночастиц с белками или олигонуклеотидами // Коллоидныйжурнал 2002. - Т. 64. - С. 745-755.

169. Богатырев В.А, Дыкман Л.А^ Хлебцов Б.Н., Хлебцов Н.Г. Определение среднего размера и оценка полидисперсности наночастиц золота по спектрам поглощения и рассеяния света // Оптика и спектроскопия.2004. -T. 96.-С 139-147.

170. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами: Пер. с англ. М. Мир, 1986. - 664с.

171. Гудмен Дж. Статистическая оптика/ Пер. с англ. М.: Мир, 1988. - 528с.

172. Лопатин В.H., Сидько Ф.Я. Введение в оптику взвесей клеток. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1998. 240с.

173. Лычагов В.В., Лякин Д.В., Модель М.Д., Рябухо В.П. Низкокогерентная автокорреляционная интерферометрия рассеивающих и слоистых сред. // Компьютерная оптика. 2007. - т.31, №3. - С.?

174. Максимова И.Л., Романов С.В., Изотова В.Ф. Влияние многократного рассеяния в дисперсных системах на поляризационные характеристики расеяного света \\ Оптика и спектроскопия. 2002. - Т.92,№6. - с.979-982

175. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике / под ред. Г. И. Марчука. -М.: Наука, 1976.-283с.

176. Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т. Т. 1 / Пер. с англ. под ред. В.В. Тучина. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2007. - 560 с.

177. Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т. Т. 2 / Пер. с англ. под ред. В.В. Тучина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 560 с.

178. Пушкарева А.Е. Методы математического моделирования в оптике биоткани. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. 103 с.

179. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973. -312с.

180. Трачук Л.А. Оптические свойства наночастиц золота и серебра в связи с ' задачами биодиагностики: Дисс.канд. физ.-мат. наук. Саратов, 2007.138 с.

181. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1998. - 384с.

182. Хараджа Ф. Общий курс рентгенотехники: 3 изд. М.-Л.: Энергия, 1966.- С.568

183. Хлебцов Б.Н., Богатырев В.А., Дыкман Л.А., Хлебцов Н.Г. Спектрырезонансного светорассеяния золотых нанооболочек: эффекты• полидисперсности и ограничения длины свободного пробега электронов // Оптика и спектроскопия. 2007. Т. 102. № 2. С. 273-281.

184. Хлебцов Б.Н., Ханадеев В.А., Хлебцов Н.Г. Коллективные плазмонные резонансы в монослое металлических наночастиц и нанооболочек // Оптика и спектроскопия . 2008. - Т. 104, №2. - С.324-337.

185. Хлебцов Н.Г. Оптика и биофотоника наночастиц с плазмонным резонансом // Квантовая электроника. 2008. - Т.38,№6. -С. 504-529.

186. Хлебцов Н.Г. Ориентационное усреднение интегральных сечений в методе дискретных диполей // Оптика и спектроскопия. 2001. - Т. 90, №.3. -С. 468-475.

187. Хлебцов Н.Г. Ослабление и рассеяние света в дисперсных системах с неупорядоченными, ориентированными и фрактальными частицами (теория и эксперимент) // Дисс. докт. физ.-мат. наук, Саратов, СГУ, 1996.- 559 с.

188. Хлебцов Н.Г., Богатырев В.А., Дымкан Л.А., Хлебцов Б.Н. Золотые наноструктуры с плазмонным резонансом для биомедицинских исследований// Российские нанотехнологии. 2007. - Т.2. - С.69-86

189. Хлебцов Н.Г., Мельников А.Г. Спектротурбидиметрия полидисперсных систем с учетом спектральной зависимости оптических констант // Журн. прикл. спектр. 1992. - Т. 56. - С. 435-440.