❞ كتاب الفيزياء الحيوية والطبية biological and medical physics, biomedical engineering ❝ ⏤ Philippe M. Fauchet

نبذه عن الكتاب:

1 Light Conversion in Photosynthetic Organisms
S. Frigerio, R. Bassi, and G.M. Giacometti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Chloroplast Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Pigments and Light Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Photosynthetic Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4.1 Photosystem II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4.2 Photosystem I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.3 Cytochrome b6f . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.4 ATP Synthase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 Cyclic Phosphorylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.6 Photoinhibition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2 Exploiting Photosynthesis for Biofuel Production
C. Govoni, T. Morosinotto, G. Giuliano, and R. Bassi . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 Biological Production of Vehicle Traction Fuels: Bioethanol
and Biodiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 Bioethanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.2 Biodiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.1.3 Biofuels Still Present Limitations Preventing
Their Massive Utilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Hydrogen Biological Production by Fermentative Processes . . . . . . . 19
2.2.1 Hydrogen Production by Bacterial Fermentation . . . . . . . . . 20
2.3 Hydrogen Production by Photosynthetic Organisms . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.1 Cyanobacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.2 Eukaryotic Algae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 Challenges in Algal Hydrogen Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.1 Oxygen Sensitivity of Hydrogen Production . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.2 Optimization of Light Harvesting in Bioreactors . . . . . . . . . . 25
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
X Contents
3 In Between Photosynthesis and Photoinhibition:
The Fundamental Role of Carotenoids and Carotenoid-Binding
Proteins in Photoprotection
G. Bonente, L. Dall’Osto, and R. Bassi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1 When Light Becomes Dangerous for a Photosynthetic Organism . . 29
3.2 Acclimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 State 1–State 2 Transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4 Carotenoids Play a Fundamental Role in Many Photoprotection
Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.5 Analysis of Xanthophyll Function In Vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.6 Nonphotochemical Quenching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.7 Feedback Deexcitation of Singlet-Excited Chlorophylls: qE . . . . . . . 39
3.8 ΔpH - Independent Energy Thermal Dissipation (qI) . . . . . . . . . . . . 40
3.9 Chlorophyll Triplet Quenching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.10 Scavenging of Reactive Oxygen Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.11 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4 Non-Linear Microscopy
D. Mazza, P. Bianchini, V. Caorsi, F. Cella, P.P. Mondal, E. Ronzitti,
I. Testa, G. Vicidomini, and A. Diaspro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2 Chronological Notes on MPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.3 Principles of Confocal and Two-Photon Fluorescence Microscopy . . 49
4.3.1 Fluorescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.3.2 Confocal Principles and Laser Scanning Microscopy . . . . . . . 50
4.3.3 Point Spread Function of a Confocal Microscope . . . . . . . . . 52
4.4 Two-Photon Excitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.5 Two-Photon Optical Sectioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.6 Two-Photon Optical Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.7 Second Harmonic Generation (SHG) Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5 Applications of Optical Resonance to Biological Sensing
and Imaging: I. Spectral Self-Interference Microscopy
M.S. ¨ Unl¨u, A. Yalc. in, M. Doˇgan, L. Moiseev, A. Swan, B.B. Goldberg,
and C.R. Cantor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.1 High-Resolution Fluorescence Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.2 Self-Interference Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.3 Physical Model of SSFM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.3.1 Classical Dipole Emission Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.4 Acquisition and Data Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.4.1 Microscope Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.4.2 Fitting Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Contents XI
5.5 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.5.1 Monolayers of Fluorophores on Silicon Oxide Surfaces:
Fluorescein, Quantum Dots, Lipid Films . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.5.2 Conformation of Surface-Immobilized DNA . . . . . . . . . . . . . . 79
5.6 SSFM in 4Pi Configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6 Applications of Optical Resonance to Biological Sensing
and Imaging: II. Resonant Cavity Biosensors
M.S. ¨ Unl¨u, E. ¨ Ozkumur, D.A. Bergstein, A. Yalc. in, M.F. Ruane,
and B.B. Goldberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.1 Multianalyte Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.2 Resonant Cavity Imaging Biosensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.2.1 Detection Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.2.2 Experimental Setup, Data Acquisition, and Processing . . . . 90
6.2.3 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.2.4 Spectral Reflectivity Imaging Biosensor . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.3 Optical Sensing of Biomolecules Using Microring Resonators . . . . . 94
6.3.1 Basics on Microring Resonators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.3.2 Setup and Data Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
6.3.3 Data Analysis and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7 Biodetection Using Silicon Photonic Crystal Microcavities
P.M. Fauchet, B.L. Miller, L.A. DeLouise, M.R. Lee, and H. Ouyang . . 101
7.1 Photonic Crystals: A Short Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.1.1 Electromagnetic Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.1.2 One-Dimensional and Two-Dimensional PhC. . . . . . . . . . . . . 103
7.1.3 Microcavities: Breaking the Periodicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.1.4 Computational Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.2 One-Dimensional PhC Biosensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.2.1 Preparation and Selected Properties of Porous Silicon . . . . . 107
7.2.2 Sensing Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.2.3 One-Dimensional Biosensor Design and Performance . . . . . 111
7.2.4 Fabrication of One-Dimensional PhC Biosensors . . . . . . . . . . 112
7.3 Selected Biosensing Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.3.1 DNA Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.3.2 Bacteria Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.3.3 Protein Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.3.4 IgG Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.4 Two-Dimensional PhC Biosensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.4.1 Sample Preparation and Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.4.2 Sensing Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.4.3 Selected Biosensing Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
XII Contents
7.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
8 Optical Coherence Tomography with Applications
in Cancer Imaging
S.A. Boppart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.2 Principles of Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.3 Optical Sources for Optical Coherence Tomography . . . . . . . . . . . . . 133
8.4 Fourier-Domain Optical Coherence Tomography . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.5 Beam Delivery Instruments for Optical Coherence Tomography . . . 135
8.6 Spectroscopic Optical Coherence Tomography . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
8.7 Applications to Cancer Imaging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.7.1 Cellular Imaging for Tumor Cell Biology . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.7.2 Translational Breast Cancer Imaging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
8.8 Optical Coherence Tomography Contrast Agents . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.9 Molecular Imaging using Optical Coherence Tomography. . . . . . . . . 145
8.10 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
9 Coherent Laser Measurement Techniques
for Medical Diagnostics
B. Kemper and G. von Bally . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
9.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
9.2 Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) . . . . . . . . . . . . . . . 152

الفيزياء في حياتنا
اهمية علم الفيزياء
تطور علم الفيزياء
امثله على الفيزياء في حياتنا
تاريخ الفيزياء
مقدمة عن الفيزياء
علماء الفيزياء
تعريف علم الفيزياء اول ثانوي
التنقل في الصفحة

اقسام العلم
انواع العلم
مفهوم العلم 
خصائص العلم
تعريف العلم في الفلسفة
العلم في الإسلام
تعريف العلم والمعرفة
اهداف العلم