Fluorescence Correlation Spectroscopy: Theory and Application to Langmuir Monolayers

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorTulkki, Jukka
dc.contributor.authorParkkila, Petteri
dc.contributor.schoolSähkötekniikan korkeakoulufi
dc.contributor.supervisorKinnunen, Paavo
dc.date.accessioned2015-06-24T11:21:14Z
dc.date.available2015-06-24T11:21:14Z
dc.date.issued2015-06-10
dc.description.abstractFluorescence correlation spectroscopy (FCS) is a powerful statistical method, which utilizes an autocorrelation analysis of fluorescence intensity fluctuations. Fitting the analytic autocorrelation function to the experimental correlation data makes it possible to quantify time-scales of relevant biophysical properties, such as translational diffusion, triplet state blinking, and chemical reactions. The first part of the thesis presents the fundamental theoretical aspects relevant to the FCS analysis, beginning with the propagation of laser light in a confocal system. Aspects of fluorescence radiation, confocal microscopy, and autocorrelation analysis are examined in a systematic manner. The final chapter of the theoretical part introduces Langmuir monolayers, which are the model membranes of choice for the biophysical experiments concerning oxidative stress. The oxidatively modified lipids influence important membrane properties and functions. In the second part of the thesis, pressure-dependent diffusion times of fluorophore-probed lipids are investigated in Langmuir monolayers consisting of 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine (POPC), sphingomyelin (SM), cholesterol (Chol) and oxidatively truncated phospholipids. The measurements using FCS and wide-field microscopy combined with a custom-built Langmuir monolayer trough quantitatively confirm that oxidative phosphatidylcholines prevent the disintegration of the SM/Chol-enriched lipid domains. To the author's knowledge, these are the first FCS results on miscibility transition in "raft mixture" lipid monolayers, verifying the previous results obtained using Brewster angle microscopy on such lipid monolayers.en
dc.description.abstractFluoresenssikorrelaatiospektroskopia on tehokas tilastolliseen analyysiin pohjautuva tutkimusmenetelmä, joka perustuu fluoresenssivalon ajallisen vaihtelun tutkimiseen autokorrelaation avulla. Analyyttisen autokorrelaatiofunktion sovittaminen kokeelliseen korrelaatiodataan mahdollistaa erilaisten biofysikaalisten prosessien, kuten diffuusion, triplettisiirtymisten sekä kemiallisten reaktioiden aikaskaalojen määrittämisen. Diplomityön ensimmäinen osa käsittelee fluoresenssikorrelaatiospektroskopian teoriaa lähtien laservalon etenemisestä optisessa systeemissä. Tämän jälkeen käydään systemaattisesti läpi fluoresenssi-ilmiön, konfokaalimikroskopian sekä autokorrelaatioanalyysin perusperiaatteet. Lopuksi perehdytään Langmuir-lipidikalvoihin, jotka toimivat solukalvomalleina työn kokeellisessa osiossa. Lipidien hapettumisen on tutkimuksissa todettu vaikuttavan solukalvojen rakenteeseen ja toiminnallisuuteen. Diplomityön toisessa osassa 1-palmitoyyli-2-oleoyyli-sn-glyseroli-3-fosfatidyylikoliinista (POPC), sfingomyeliinistä (SM) ja kolesterolista (Chol) koostuvien yksikerroksisten Langmuir-lipidikalvojen diffuusio-ominaisuuksia tutkittiin hapettuneiden lipidien läsnäollessa. Fluoresenssikorrelaatiospekroskopian sekä fluoresenssimikroskopian avulla voidaan kvantitatiivisesti näyttää, että hapettuneet fosfolipidit pitkittävät sfingomyeliinistä ja kolesterolista koostuvien järjestyneiden alueiden hajoamista kalvon paineen kasvaessa. Tämä vahvistaa aikaisemmat Brewsterin kulmien analyysiin perustuvalla mikroskopialla saadut tulokset.fi
dc.format.extent55 + 9
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16841
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-201506303503
dc.language.isoenen
dc.locationP1fi
dc.programmeBIO - Bioinformaatioteknologiafi
dc.programme.majorBiologinen tekniikkafi
dc.programme.mcodeF3013fi
dc.rights.accesslevelopenAccess
dc.subject.keywordfluorescence correlation spectroscopyen
dc.subject.keywordconfocal microscopyen
dc.subject.keywordlangmuir monolayersen
dc.subject.keywordoxidative stressen
dc.titleFluorescence Correlation Spectroscopy: Theory and Application to Langmuir Monolayersen
dc.titleFluoresenssikorrelaatiospektroskopian teoria ja soveltaminen Langmuir-lipidikalvoihinfi
dc.typeG2 Pro gradu, diplomityöen
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotDiplomityöfi
dc.type.publicationmasterThesis
local.aalto.idinssi51911
local.aalto.openaccessyes
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
master_Parkkila_Petteri_2015.pdf
Size:
21.46 MB
Format:
Adobe Portable Document Format