Laboratorium Eksperymentalnych Technik Badawczych Produktów
i Surowców Biologicznych

Znak towarowy: emisja fotonów, nr zgłoszenia Z.493517 (*.pdf) >>>

     W stanie niezaburzonym obiektu żywego stacjonarna ultrasłaba emisja fotonowa odzwierciedla stan równowagi oksydoredukcyjnej komórki, natomiast zmiany natężenia tej emisji oraz tempo tych zmian są skorelowane z odpowiedzią komórek na zadany bodziec z otoczenia. Emisja ta, w przeciwieństwie do bioluminescencji, jest niewidoczna gołym okiem gdyż liczba fotonów emitowanych w zakresie widzialnym leży poniżej bezwzględnego progu energetycznego czułości naszego oka. Dlatego też została zaobserwowana dopiero w ubiegłym stuleciu i jest jeszcze nie do końca poznana. Definitywne potwierdzenie istnienia ultrasłabej emisji fotonowej nastąpiło ostatecznie w drugiej połowie XX wieku. „Widzenie" czyli rejestracja tego promieniowania wymagała użycia specjalnych technik pomiarowych. Po wynalezieniu fotopowielacza w latach pięćdziesiątych, nastąpił gwałtowny rozwój badań zjawiska ultrasłabej luminescencji (USL) z układów biologicznych -zarówno roślinnych, jak i nieco później - zwierzęcych. Zjawisko emisji fotonowej odkryto w wielu mikroskopowych jak i makroskopowych układach (Oziembłowski al. 2017, Trzyniec al. 2017,  Borc et al. 2015), w tym m.in. w układach lipidowych, w bakteriach (Laager et al. 2009), w namnażających się drożdżach (Nerudová et al. 2015), w leukocytach (Van Wijk et al. 2011), w komórkach nerwowych (Salari et al. 2015), w mitochondriach i chloroplastach (Hideg et al. 1992), w komórkach nowotworowych (Karbowski et al. 2015), w tkance wątrobowej (Kim et al. 2003), w tkance nerkowej (Zhang et al. 1992), w płynach ustrojowych (Kobayashi et al. 2001). Luminescencję powstałą w wyniku reakcji chemicznej nazywamy chemiluminescencją, natomiast chemiluminescencję organizmów żywych, która następuje kosztem energii metabolicznej nazywa się biochemiluminescencją. Taka emisja fotonowa nie indukowana czynnikami zewnętrznymi (np. światłem) nazywa się luminescencją spontaniczną. Luminescencja spontaniczna dzieli się na bioluminescencję i ultrasłabą biochemiluminescencję (dla której używana jest też nazwa ultrasłaba luminescencja lub ultrasłaba emisja fotonowa). Ultrasłaba biochemiluminescencja ma charakter powszechny i jest generowana z całych organizmów biologicznych (roślin, zwierząt i ludzi), jak również ich narządów, tkanek i frakcji komórkowych. Ostatnie badania wskazują, że ultrasłaba emisja fotonowa wydaje się być dobrą metodą do analizowania oddziaływania nanocząstek z różnymi obiektami biologicznymi (Hossu et al. 2013). Pomiar wypromieniowanego światła przeprowadza się w widzialnym zakresie widma o najwyższej czułości (> 10-17 W). Przyjmuje się, że obserwowalną ultrasłabą luminescencję  stanowi promieniowanie elektromagnetyczne o intensywności od 1 do 10 000 fotonów z 1 cm2 powierzchni w ciągu 1 sekundy. Odpowiada to natężeniu od około 10-20 do 10-15 watów na 1 cm2 dla fali o długości 555 nm i natężeniu oświetlenia do 10-8 luksa. Pilotażowe badania dotyczące parametryzacji żywności metodami wykorzystującymi rejestrację zaników fluorescencji metodą skorelowanego w czasie zliczania pojedynczych fotonów (ang. Time-Correlated Single Photon Counting, TCSPC) wykonano na produktach już przetworzonych obserwując zróżnicowanie emisji fotonów (Kiełbasa i in 2017). Określanie jakości żywności, szczególnie w przypadku jej wysublimowanych różnic stanowi wyzwanie dla współczesnej technologii oceny produktów spożywczych. Biorąc szczególnie pod uwagę produkty ekologiczne, które posiadają specyficzne walory a ich parametryzacja konwencjonalnymi metodami wymaga dużych nakładów materiałowo-czasowych. Zarówno powierzchniowy rozkład luminescencji, jak i pozostałe parametry świecenia, tj. kinetyka zmian intensywności, sumaryczne natężenie światła, rozkład spektralny oraz rozkład statystyczny liczby zliczanych impulsów w wybranym przedziale czasu, jest powiązany z parametrami biochemicznymi oraz fizjologicznymi. Wskazują na to zmiany wartości liczbowych tych wielkości w różnych warunkach stresu, np. radiacyjnego, temperaturowego czy oksydacyjnego (Kobayashi i wsp. 1999). Zatem cały zbiór wymienionych parametrów ultrasłabej luminescencji, lub któryś wybrany spośród nich, może być wykorzystany jako wskaźnik stopnia zaburzenia homeostazy. W Laboratorium Eksperymentalnych Technik Badawczych Produktów i Surowców Biologicznych zgodnie z własną procedurą badawczą potwierdzoną akredytacją Polskiego Centrum Akredytacji o numerze AB1698 wykonano już kilkaset badań na produktach surowych i już przetworzonych obserwując zróżnicowanie emisji fotonów, co potwierdzają liczne publikacje autorów np.: „Ilona Gałąazka-Czarnecka, Ewa Korzeniewska, Andrzej Czarnecki, Michał Sójka, Paweł Kiełbasa, Tomasz Dróżdż. 2019. Evaluation of Quality of Eggs from Hens Kept in Caged and Free-Range Systems Using Traditional Methods and Ultra-Weak Luminescence. Applied Sciences, 9, 2430; doi:10.3390/app9122430”. W laboratorium wykorzystano najczęściej metodę opóźnionej luminescencji DL, gdzie oświetlano próbkę światłem o natężeniu 300 lx i długości fali 555 nm przez 60  sekund natomiast metoda, której używano do zliczania pojedynczych fotonów  to PMT (Photomultiplier tube).

 

Laboratorium zostało powołane zarządzeniem Nr 35/2017 Rektora Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie z dnia 15 maja 2017 r.

Przygotowani do powołania laboratorium Eksperymentalnych Technik Badawczych Produktów i Surowców Biologicznych rozpoczęły się w 1 kwartale na 2017 roku w Instytucie Eksploatacji Maszyn, Ergonomii i Procesów Produkcyjnych kierowanym przez prof. dr hab. inż. Tadeusza Juliszewskiego.

Pracami nad powołanie Laboratorium oraz doborem personelu kierował dr hab. inż. Paweł Kiełbasa który następnie został powołany prze Rektora na kierownika Laboratorium. 

 

Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki
ul. Balicka 116 B
30-149
Kraków
12 662 46 10
12 662 46 12
wipie[a]urk.edu.pl
ESP:/URKRAKOW/wipie
© 2019 Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
Projekt i wykonanie strony: Dział Informatyki UR