авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

На правах рукописи

Дука Мария Валериевна

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК,

ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОГО ОТКЛИКА

НЕРВНЫХ КЛЕТОК, ФИБРОБЛАСТОВ И ДНК

В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 0,1 - 2 ТГЦ

Специальность 01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 2014

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследователь­ ском университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент Смолянская Ольга Алексеевна

Официальные оппоненты: Тучин Валерий Викторович доктор физико-математических наук, профессор, Саратовский государствен­ ный университет им. Н.Г. Черны­ шевского, заведующий кафедрой опти­ ки и биофотоники Кистенев Юрий Владимирович доктор физико-математических наук, профессор, Национальный исследова­ тельский Томский государственный университет, заместитель проректора по научной работе

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Защита состоится 4 декабря 2014 г. в 17.00 часов на заседании диссерта­ ционного совета Д 212.227.02 при Санкт-Петербургском национальном иссле­ довательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49., ауд. 466.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. и на сайте fppo.ifmo.ru.

Автореферат разослан « » года.

Ученый секретарь диссертационного совета Доктор физико-математических наук, профессор Денисюк И.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В настоящее время исследования дегенеративных и дистрофических процессов в роговице представляют значительный интерес в лечении глазных заболеваний. Эти нарушения происходят вследствие микрохирургических вме­ шательств или нейродегенеративных процессов в нервной сети роговицы [1].

Существуют физиотерапевтические методики и медикаментозные препараты для стимуляции роста нейритов [2]. Они обладают рядом недостатков, в том числе непродолжительностью терапевтического эффекта. Поэтому создание бесконтактной методики, в основе которой лежит терапевтический эффект вли­ яния низкоинтенсивного терагерцового излучения на нервные клетки является крайне актуальной задачей для клинической офтальмологии.

В последние пять лет активно проводятся исследования влияния терагерцового (ТГц) излучения на различные биологические клетки, в том числе нервные. Известны как стимулирующие, так и угнетающие последствия его воздействия на рост клеток, которые зависят от мощности и длительности об­ лучения [3]. Несмотря на это, до сих пор в литературе отсутствует полноцен­ ное описание механизмов воздействия ТГц излучения. Поэтому необходимо их изучение с помощью численного и экспериментального исследования спек­ тральных характеристик биологических объектов. Для офтальмологии особый интерес представляет обнаружение резонансных частот воздействия, которые можно будет использовать при облучении нервных клеток ТГц излучением для активизации их роста.

Нервные клетки располагаются в роговице на глубине 100-250 мкм, по­ этому для эффективного влияния на них ТГц излучения необходимо изучить распространение ТГц излучения в роговице, одним из компонент которой яв­ ляются фибробласты. Поэтому важно исследовать спектральные характеристи­ ки и оптические свойства фибробластов в терагерцовом диапазоне частот, такие как коэффициент поглощения, оптическая глубина проникновения, комплекс­ ный показатель преломления, а также диэлектрическая проницаемость фиб­ робластов в диапазоне частот 0,1 - 2,0 ТГц. Также необходимо показать, что ТГц излучение с плотностью мощности до ~ 100 мкВт/см2 не оказывает никако­ го влияния на фибробласты. С этой целью необходимо провести эксперимен­ тальное исследование функциональной активности фибробластов после облу­ чения.

Известно также, что в терагерцовом диапазоне частот находится боль­ шая часть колебательно-вращательного спектра межатомных и межмолекуляр­ ных взаимодействий биологических макромолекул, включая белки и нуклеино­ вые кислоты [4]. Структура этих макромолекул сильно влияет на их функцио­ нальность. Поэтому исследование ТГц спектров дезоксирибонуклеиновой кис­ лоты (ДНК) с помощью импульсного ТГц спектрометра и прецизионного не­ прерывного спектрометра представляется весьма ценными для идентификации собственных спектральных линий поглощения ДНК, а также определения осо­ бенностей клеточных процессов.

Цель работы - экспериментальное и теоретическое исследование рас­ пространения терагерцового излучения частотного диапазона 0,1 - 2,0 ТГц че­ рез роговицу глаза, а именно изучение взаимодействия излучения с покровны­ ми слоями роговицы и нервными клетками, а также их компонентами.



Для выполнения цели диссертационной работы решались следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование влияния импульсного широкополосно­ го терагерцового излучения рост нейритов и функциональную активность фиб­ робластов.

2. Численное и экспериментальное исследование спектральных характери­ стик и оптических свойств нервных клеток для выяснения механизмов воздей­ ствия импульсного терагерцового излучения.

3. Экспериментальное исследование спектральных характеристик и оптиче­ ских свойств фибробластов, как модели тканей роговицы, в терагерцовом диа­ пазоне частот.

4. Изучение спектральных особенностей компонент клеток (ДНК) методами импульсной и непрерывной терагерцовой спектроскопии.

1. В диапазоне частот 0,1 -1,1 ТГц оптическая глубина проникновения широкополосного ТГц излучения в слое фибробластов достигает 210 мкм.

Впервые показано отсутствие изменений в соотношении живых и находящихся на разных стадиях апоптоза фибробластов, а также в распределении фибробла­ стов по фазам клеточного цикла при воздействии импульсного ТГц излучения диапазона 0,1 - 2,0 ТГц со средней плотностью мощности до ~ 10 мкВт/см2.

2. Впервые обнаружен дозозависимый эффект стимулирующего воз­ действия импульсного широкополосного терагерцового излучения в диапазоне 0,1 - 2,0 ТГц с плотностью мощности в диапазоне от 0,76 до 1,17 мкВт/см2, имеющий максимум стимуляции при плотности мощности равной 0, мкВт/см. Данный эффект обусловлен преобладанием поглощения излучения в диапазоне частот от 0,1 - 1,0 ТГц до 1,2 - 1,6 ТГц и резонансным механизмом, связанным с размерными эффектами на нервных клетках на частотах 1,10; 1,16;

1,65; 1,69 и 1,90 ТГц.

3. Определены положения центров спектральных линий поглощения молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в диапазоне частот 0,1 - 1, ТГц методами терагерцовой спектрометрии. Идентифицированы колебания связей молекулы ДНК с водой (0,525) и колебания водородных связей между двумя цепочками ДНК (0,401; 0,467; 0,630; 0,687 и 0,710 ТГц), а также впервые была обнаружена спектральная линия поглощения ДНК на частоте 0,360 ТГц.

Определяется тем, что в ней впервые:

Показано, что действие импульсного широкополосного терагерцового излучения в диапазоне 0,1 - 2,0 ТГц на нервные клетки приводит к изменению их биологического отклика, определяемого по пролиферативной активности. С использованием техники импульсной терагерцовой спектроскопии и численно­ го моделирования определены механизмы такого воздействия.

Разработана оптическая схема для облучения клеток, находящихся в жидкой среде, широкополосным ТГц излучением.

Впервые определено, что оптическая глубина проникновения импульс­ ного излучения диапазона частот от 0.1 до 1,1 ТГц в слой фибробластов изме­ няется от 170 мкм до 210 мкм.





Доказано, что воздействие импульсного терагерцового излучения мощ­ ностью 30; 2 и 0,1 мкВт не оказывает влияния на изменение функциональной активности фибробластов.

Впервые определены положения центров линий поглощения молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в диапазоне 0,1 - 1,0 ТГц, не завися­ щие от связей ДНК с подложками и растворителями. Произведена идентифика­ ция частот спектральных линий, связанных с частотами собственных колебаний в молекуле ДНК и колебаниям водородных связей между двумя цепочками ДНК.

Обнаружено, что спектр ДНК имеет ранее не наблюдаемую спектраль­ ную линию поглощения на частоте 0,360 ТГц.

Идентифицирована частота спектральной линии поглощения 0,525 ТГц, которая ответственна за колебания, ответственные за изменение конформации молекулы ДНК при растворении в воде за счет образования межмолекулярных H-связей.

Достоверность полученных результатов:

Достоверность и обоснованность результатов данной диссертации обес­ печиваются применением всесторонне апробированных и широко используе­ мых экспериментальных методов, и современной измерительной техники в оп­ тическом диапазоне длин волн (методики импульсной и непрерывной терагерцовой спектроскопии и фотометрии). Основные результаты, полученные дис­ сертантом в экспериментальных исследованиях, хорошо согласуются с данны­ ми выполненного им численного моделирования рассматриваемого процесса в программной среде CST Microwave Studio.

Экспериментальные спектральные характеристики и оптические свой­ ства нервных клеток, фибробластов и ДНК получены с использованием мето­ дики импульсной спектроскопии терагерцового диапазона частот в режиме на отражение и пропускание. Исследование механизмов влияния терагерцового излучения диапазона 0,1 - 2,0 ТГц на рост нейритов проводилось с помощью метода конечных разностей во временной области (finite difference time domain method) в среде трехмерного численного моделирования CST Microwave Studio.

С помощью методики импульсной терагерцовой фотометрии стимулировался рост нервных клеток, который оценивался с помощью морфометрического ме­ тода световым микроскопом. Функциональная активность фибробластов после облучения оценивалась при помощи проточной цитометрии с использованием анализа интенсивности флуоресценции ДНК связывающих красителей. Про­ верка спектров ДНК проводилась на прецизионном спектрометре на основе синтезатора частоты на лампе обратной волны и высокодобротного резонатора.

Практическая ценность результатов работы:

Представленные в настоящей диссертационной работе результаты и мо­ дели исследований могут быть использованы при проведении биологических экспериментов, в создании новых биотехнологий, для выбора параметров терагерцового излучения в новых медицинских приборах, при описании процессов взаимодействия терагерцового излучения с биологическими клетками, в препо­ давании курсов оптики и биофотоники. Предложена оптическая схема для об­ лучения широкополосным ТГц излучением клеток, находящихся в жидкой сре­ де.

Практическая реализация результатов работы:

Результаты работы были использованы при подготовке лекций нового магистерского курса «Биофотоника» 12.04.03.68, введенного в сентябре года в Университете ИТМО, а также для выполнения проектов в рамках феде­ ральных целевых программ и государственных контрактов Министерства обра­ зования и науки 2009 - 2014 гг.

Результаты диссертационной работы докладывались и получили поло­ жительную оценку на 13 международных и российских конференциях: II International Symposium Topical Problems of Biophotonics (16-22 Июля 2011, г.

Нижный Новгород, Россия); VII Международная конференция молодых ученых и специалистов «ОПТИКА - 2011» (17-21 Октября 2011, г. Санкт-Петербург, Россия); SPIE Photonics West (21-26 января, г. Сан-Франциско, США); 2-nd International Conference "Terahertz and Microwave radiation: Generation, Detection and Applications" (20-22 June, 2012, Moscow, Russia); 15th International Conference "Laser Optics 2012" (25-29 June, Saint-Petersburg, Russia); VI Между­ народный конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и ме­ дицине» (02 - 06 июля 2012г., г. Санкт-Петербург, Россия); Global symposium on Pain "Translational approaches to cause-oriented treatment of pain symptoms (22- August, St. Petersburg, Russia); X Международная конференция «Прикладная оптика-2012» (15-19 октября 2012 года, г. Санкт-Петербург, Россия), 2-я Все­ российская научная конференция молодых ученых «Проблемы биомедицин­ ской науки третьего тысячелетия» (12-14 ноября 2012, Санкт-Петербург, Рос­ сия); IV Международная научная научно-практическая конференция «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и ме­ дицине» (15-16 ноября 2012, Санкт-Петербург, Россия); European Conferences on Biomedical Optics (ECBO) (12 - 16 May 2013, Munich, Germany); Fundamentals of Laser-Assisted Micro- and Nanotechnologies (FLAMN-13) (24-28 June 2013, St Petersburg, Russia); Asia Pacific Microwave Conference (APMC) (5-8 November 2013, Seoul, South Korea); Progress In Electromagnetics Research Symposium PIERS 2014 (25-28 August 2014, Guangzhou, China).

По материалам диссертации опубликовано 21 публикаций, из которых 10 статей в рецензируемых журналах из списка ВАК РФ и 11 тезисов конфе­ ренций.

Диссертант самостоятельно выполнил и проанализировал все представ­ ленные экспериментальные исследования по получению спектральных харак­ теристик, оптических свойств и биологического отклика нервных клеток, фиб­ робластов и ДНК в диапазоне частот 0,1 - 2,0 ТГц.

Автор принимал непосредственное участие в моделировании, расчетах, создании и юстировке экспериментальных установок, в обсуждении и интер­ претации результатов. Все составляющие суть диссертации положения решены и сформулированы самостоятельно.

Основная часть экспериментов была проведена в лаборатории терагерцовой биомедицины Университета ИТМО. Часть экспериментов по влиянию терагерцового излучения на нервные клетки проведена на оборудовании лабо­ ратории физиологии возбудимых мембран Института физиологии им. И.П.

Павлова РАН (г. Санкт-Петербург). Эксперименты по исследованию функцио­ нальной активности фибробластов после воздействия терагерцового излучения проводились на установках ФГБУ «Научно-исследовательского института экс­ периментальной медицины» СЗО РАМН (г. Санкт-Петербург). Эксперимен­ тальное исследование ДНК с помощью методики непрерывной терагерцовой спектроскопии проводилось на установках отдела терагерцовой спектрометрии Института физики микроструктур РАН (г. Нижний Новгород).

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка цитируе­ мой литературы. Материал изложен на 160 страницах, содержит 49 рисунков и 8 таблиц, список цитированной литературы представлен 189 публикациями.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, научная новизна, научные результаты и основные результаты, выно­ симые на защиту.

В первой главе дана общая характеристика строения роговицы глаза, рассмотрены существующие проблематика и методы лечения заболеваний глаз, приведен обзор публикаций, посвященных влиянию терагерцового излучения на биологические объекты. В ходе анализа обзора выявлены параметры тера­ герцового излучения, при которых наблюдается терапевтический эффект влия­ ния, а также показана область, которая не исследована на данный момент.

Обоснована перспективность неинвазивной терагерцовой методики, направ­ ленной на стимуляцию роста нейритов в роговице глаза.

Во второй главе приведено описание методик получения и пробоподго­ товки объектов исследования, а также экспериментальное исследование их спектральных характеристик методом импульсной терагерцовой спектроскопии в режиме пропускания. Так как нервные волокна роговицы располагаются в строме, образованной роговичными фибробластами (кератобластами), в каче­ стве модельного объекта для изучения была выбрана культура первичных фиб­ робластов человека.

Основной задачей на данном этапе являлся подбор оптимального режима воздействия ТГц излучения, при котором оно достигает нервных клеток в образце и эффективно распространяется в слое фибробластов. Эффективность распространения ТГц излучения определялась по спектральным характеристикам фибробластов. По результатам проведенных экспериментов на терагерцовом спектрометре установлено, что ТГц излучение в диапазоне частот от 1,0 до 1,4 ТГц эффективно распространяется в слое фибробластов и может достигать нервных клеток. Согласно результатам исследования пики пропускания наблюдаются на частотах 1,11; 1,17; 1,32 ТГц.

Второй задачей являлось нахождение оптических свойств культур фибробластов. Из спектров пропускания фибробластов для нахождения дисперсии комплексного показателя преломления рассчитывались дисперсии действительной и мнимой части показателя преломления. Так как длина волны падающего на объект излучения превосходит толщину первого слоя - слоя клеток, рассматривалась эффективная структура полистирол - слой фибробластов. Из полученной дисперсии показателя преломления, рассчитывалась дисперсия комплексной диэлектрической проницаемости полистирольной подложки, и эффективной структуры полистирол - слой фибробластов. С учетом толщины образцов, рассчитывалась дисперсия комплексного показателя преломления клеток, его мнимая часть и глубина проникновения в слое фибробластов.

Искомая дисперсия глубины проникновения ТГц излучения в слой фибробластов представлена на Рисунке 1.

Рисунок 1 - Дисперсия глубины проникновения в слой фибробластов Показано, что в диапазоне частот 0,1 - 1,4 ТГц оптическая глубина проникновения ТГц излучения в слой фибробластов изменяется от 170 до мкм.

Влияние ТГц излучения на функциональную активность фибробластов исследовалось с использованием разработанного макета облучения клеток, находящихся в жидкой среде и разработанной методики облучения, а также цитофлуориметрии ДНК-связывающих красителей. Показано, что воздействие импульсного терагерцового излучения мощностью 30; 2 и 0,1 мкВт не оказыва­ ет существенного влияния на изменение функциональной активности фиб­ робластов. Так, между контрольными и облученными образцами не обнаруже­ но статистически достоверных изменений в соотношении живых и находящих­ ся на разных стадиях апоптоза клеток, а также в распределении клеток по фазам клеточного цикла.

В третьей главе исследовалось изменение пролиферативной активности нейритов сенсорных ганглиев в органотипической культуре ткани под действи­ ем широкополосного импульсного ТГц излучения с плотностью мощности от 116 до 0,675 мкВт/см. Для унификации показателей в различных образцах рост клеток оценивался по относительному показателю, сравнивая соотношение площади всего образца вместе с периферической зоной роста и площади цен­ тральной зоны, соответствующей первичному ганглию. Полученное соотноше­ ние (индекс площади) использовалось как объективный показатель интенсив­ ности процессов. Полученная зависимость индекса площади облученных об­ разцов от плотности мощности импульса ТГц излучения представлена на Ри­ сунке 2.

Рисунок 2 - Зависимость индекса площади облученных образцов от плотности Показано, что при снижении мощности излучения наблюдается сначала угнетающий, а затем стимулирующий эффект действия ТГц излучения на рост нейритов. Получен эффект стимуляции роста, достигающий 158±30 % по от­ ношению к контрольным образцам при плотности мощности ТГц излучения 0,872 мкВт/см2. С использованием красителя акридинового оранжевого, при использовании которого ДНК флуоресцирует на длине волны 530 нм, а РНК на 640 нм, было показано, что ТГц излучение вызывает усиление пролиферации нейритов в облученном образце, увеличивает плотность из волокон, а также со­ храняет жизнеспособность клеток в центральной зоне. При этом в контрольных необлученных образцах клетки центральной зоны гибнут из-за недостатка пи­ тательных веществ и кислорода.

Анализ ТГц спектральных линий спинальных ганглиев проводился для разделения процессов, связанных с эффектами поглощения, рассеяния или резонансными эффектами. Результаты экспериментального исследования спектральных характеристик нервных клеток в ТГц диапазоне частот представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 - ТГц спектр коэффициента отражения ганглия (эксперимент) Исключение из спектра объекта частот, связанных со спектральными линиями поглощения воды и резонансных частот, связанных с возникновением стоячих волн в структуре, позволяет выделить спектральные линии, не связан­ ные с межмолекулярными взаимодействиями гидратированных компонент клетки.

Для исключения двух последних факторов выполнено моделирование распространения широкополосного импульсного ТГц излучения через две структуры: 1) двухслойная структура: подложка / слой гидратированного био­ логического объекта (Рисунок 4); 2) подложка / биологический объект из гид­ ратированных хаотически расположенных сферических резонаторов диаметром 17 - 22 мкм (Рисунок 5). Нервные клетки были смоделированы, как гидратиро­ ванные структуры, вследствие повышенного процентного содержания в них во­ ды (78 %).

Рисунок 4 - Численно смоделированный ТГц спектр коэффициента отра­ жения двухслойной структуры подложка-объект Рисунок 5 - Численно смоделированный спектр коэффициента отражения двух­ слойной структуры подложка-объект с геометрическими свойствами ганглия Спектральные линии на частотах 0,41; 0,49; 0,56; 0,64 ТГц, полученные экспериментально, с некоторым сдвигом хорошо согласуются с пиками коэф­ фициента отражения на частотах 0,42; 0,47; 0,54, 0,60 и 0,71 ТГц, полученными в численном моделировании двухслойной структуры подложка - слой гидрати­ рованного биологического объекта (Рисунок 4). Они связаны с размерными ре­ зонансными эффектами на оптической длине структуры. Спектральные особен­ ности на частотах выше 0,80 ТГц в численном моделировании также связаны с резонансами Фабри-Перо на толщине исследуемой структуры для случая сла­ бой дисперсии комплексной диэлектрической проницаемости воды.

При моделировании образца с учетом размера нервных клеток и меж­ клеточного расстояния (Рисунок 5) в спектре отражения на частотах 1,08; 1,14;

1,20; 1,93 и 1,99 ТГц появляются пики, которые отсутствуют в спектре структу­ ры подложка / слой гидратированного биологического объекта, но проявляются в спектрах, полученных экспериментально (Рисунок 3). Эти спектральные осо­ бенности могут быть вызваны размерными резонансными эффектами на нерв­ ных клетках и не связаны с межмолекулярными взаимодействиями гидратиро­ ванных компонент клетки.

Для исследования влияния размеров нервных клеток на спектр отраже­ ния были смоделированы структуры с тремя распределениями клеток по диа­ метрам: 20 до 30 мкм, от 20 до 40 мкм и от 20 до 50 мкм.

Рисунок 6 - Численно смоделированные ТГц спектры коэффициента отражения нервных клеток с размерами 20 - 30 мкм, 20 - 40 и 20 - 50 мкм Таким образом, показано, что пики на частотах 1,65 и 1,69 ТГц, получен­ ные в эксперименте, вызваны резонансными размерными эффектами на клетках с диаметрами от 20 до 30 мкм (Рисунок 6). Путем сравнительного анализа спек­ тральных линий из эксперимента на частотах 1,11; 1,67 и 1,80 ТГц, где коэффи­ циент отражения минимален, с пиками поглощения воды, можно утверждать, что на этих частотах биологический эффект будет обусловлен поглощением из­ лучения водой.

При воздействии излучения на частотах 1,10; 1,16; 1,65 и 1,69 ТГц, где коэффициент отражения максимален, механизм воздействия будет связан с размерными резонансными эффектами, а в области частот с низким отражени­ ем 1,2 - 1,6 ТГц и до 1,0 ТГц влияние вызвано высоким поглощением излуче­ ния. Так как основная мощность ТГц импульса распределена в диапазоне ча­ стот от 0,20 до 1,10 ТГц, следовательно, основной вклад во влияние импульсно­ го излучения на нейриты вносит поглощение энергии.

Для расчёта дисперсий показателя преломления (Рисунок 7), диэлектри­ ческой проницаемости (Рисунок 8), коэффициента поглощения и глубины про­ никновения излучения (Рисунок 9) в объекте был выбран метод детектирования отражения излучения от объекта с опорным диэлектриком.

Рисунок 7 - Действительная и мнимая части показателя преломления нерв­ Рисунок 8 - Действительная и мнимая части диэлектрической проницаемо­ Рисунок 9 - Коэффициент поглощения и глубина проникновения излуче­ Показано, что максимум коэффициента поглощения нервных клеток, рав­ ный 43 мм-1, приходится на частоту 0,55 ТГц. В этом же диапазоне распределена основная мощность генерируемого ТГц сигнала.

В четвертой главе приведены результаты исследования спектров ДНК на импульсном спектрометре и прецизионном спектрометре на основе синтезатора частоты на лампе обратной волны и высокодобротного резонатора.

В качестве объекта исследования использовалась деградированная ДНК сельди в виде сухого порошка. Для исключения спектральных линий поглоще­ ния, которые определяют воздействие ДНК с растворителем и с материалом подложки исследования проводились для пленок образцов, приготовленных в различных концентрациях с дистиллированной водой и этиловым спиртом на подложках из полиэтилена и кварца, и образцов, растворенных в воде.

Спектральные линии поглощения, полученные для образцов деградиро­ ванной ДНК сельди на различных подложках с разными растворителями мето­ дами импульсной и непрерывной терагерцовой спектроскопии, а также распо­ ложенные в пределах разрешения спектрометров (7,5 ГГц) по отношению к ре­ зультатам работы по исследованию ДНК сельди и лосося в твердой фазе счита­ лись собственными спектральными линиями поглощения ДНК сельди. Таким образом, в настоящей работе следующие частоты были идентифицированы как собственные частоты ДНК: 0,305 ТГц, 0,333; 0,347 ТГц, группа спектральных линий на частоте 0,360ТГц, а также 0,372; 0,610 и 0,700 ТГц. Спектральная ли­ ния поглощения ДНК на частоте 0,360 ТГц была получена автором впервые.

Частоты спектральных линий поглощения 0,401; 0,467; 0,630; 0,687 и 0,710 ТГц, расположенные в пределах 7,5 ГГц по отношению к частотам линий поглощения как сельди с лососем, так и бактериальной ДНК, растворенной в воде, были отнесены к колебаниям водородных связей между двумя цепочками ДНК в связи с тем, что они были получены для разных типов ДНК с разными растворителями. Так как частота линии поглощения 0,525 ТГц, полученная с использованием воды в качестве растворителя, совпадает с частотой линии по­ глощения бактериальной ДНК, также растворенной в воде, она соответствует колебаниям, ответственным за изменение конформации молекулы ДНК при растворении в воде за счет образования межмолекулярных H-связей.

1. Румянцева О. А., Кузнецова Т.Е. Роль повреждения нервного аппарата роговицы в нарушении слезопродуцирующей функции после фоторефракцион­ ных операций // Казанский медицинский журнал. - 2002. - Т. 83. № 3 - С. 211­ 216.

2. Патент 2442582 Российская Федерация, МПК A61K31/4468, A61P27/02, Стимулятор образования нейритов / Ябута Тихо, Яно Фумико, Азума Мицуйоси, Патентообладатель(и): Сэндзю Фармасьютикал Ко, ЛТД (Япония), Астеллас Фарма Инк. (Япония). - № 009142843/15, заявл. 18.04.2008; опубл.

20.02.2012. Бюл. №5. - 21 с.

3. Wilmink G.J., Grundt J.E. Invited Review Article: Current State of Research on Biological Effects of Terahertz Radiation // J. Infrared Milli Terahz Waves. V. 32. - P. 1074-1122.

4. Globus T.R., Woolard D.L., Khromova T.and et.al. THz-spectroscopy of bio­ logical molecules // J. Bio. Phys. - 2003. - V. 29. №2. - P. 89-100.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих По перечню ВАК:

1. Цуркан М.В., Собакинская Е.А., Смолянская О.А. и др. Исследование спектра молекулы ДНК в терагерцовой области частот // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2012. - № 1 (77). С. 15- 2. Цуркан М. В., Смолянская О. А., Брянцева Н. Г. Воздействие терагерцового излучения на рост нейритов // Научно-технический вестник информацион­ ных технологий, механики и оптики. - 2013. - № 1(83). - С. 60-65.

3. Езерская А.А., Цуркан М.В., Смолянская О.А. и др. Идентификация ами­ нокислот, входящих в состав кожи человека, с помощью спектров диапазона 0,05-1,2ТГц // Научно-технический вестник информационных технологий, ме­ ханики и оптики. - 2013. - №2 (84). - C. 50- 4. Tsurkan M.V., Balbekin N.S., Sobakinskaya E.A. and et.al. Terahertz Spec­ troscopy of DNA // Optics and Spectroscopy. - 2013. - Vol. 114. - No. 6. - P. 894­ 898.

5. Цуркан М.В., Кудрявцев И.В., Серебрякова М.К. и др. Анализ влияния низкоинтенсивного терагерцового излучения на маркеры ранней активации лимфоцитов // Научно-технический вестник информационных технологий, ме­ ханики и оптики. - 2013. - №4 (86). - C. 72-77.

6. Цуркан М.В., Кудрявцев И.В., Серебрякова М.К. Воздействие излучения диапазона 0,05-1,2 ТГц на мембранный потенциал митохондрий // Научно­ технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2013.

- №4 - 86. - C. 56-61.

7. Дука (Цуркан) М.В., Серебрякова М.К., Трулёв А.С. и др. Оценка влия­ ния терагерцового излучения диапазона 0,05-1,2 ТГц на функциональную ак­ тивность лимфоцитов in vitro // Российский иммунологический журнал. - 2013.

- Т. 7(16). - № 2-3 (1). - С. 30-34.

8. Duka (Tsurkan) M.V., Nesgovorova, Yu.S., Smolyanskaya O.A. and et.al.

Study of the action of broad-band terahertz radiation on the functional activity of cells // Journal of Optical Technology. - 2013. - V. 8 - Issue 11. - P. 655-660.

9. Sulatsky M.I., Duka M.V., Smolyanskaya O.A. Stimulation of Neurite Growth under Broadband Pulsed THz Radiation // Physics of Wave Phenomena. - 2014. Vol. 22. - No. 3. - P. 197-201.

10. Duka M. V., Dvoretskaya L.N., Babelkin N. S. and et.al. Numerical and exper­ imental studies of mechanisms underlying the effect of pulsed broadband terahertz radiation on nerve cell // Quantum Electronics. - 2014. - V. 44 (8). - P. 707- Другие публикации:

11. Tsurkan M.V., Penniyainen V.A. and et. al. Changing growth of neurites of sensory ganglions by terahertz radiation // Proc. of SPIE. - 2012. - V. 8261. S- 12. Цуркан М.В., Пеннияйнен В.А., Кипенко А.В. и др. Воздействие ТГц из­ лучения на рост нейритов сенсорных ганглиев в органотипической культуре ткани // Сборник трудов VII Международной конференции молодых ученых и специалистов «ОПТИКА - 2011». - 2011. - С. 178-179.

13. Цуркан М.В., Собакинская Е.А., Грачев Я.В. Исследование спектра ДНК сельди в диапазоне 0.1-1 ТГц // Сборник трудов VII Международной конферен­ ции молодых ученых и специалистов «ОПТИКА - 2011». - 2011. - С. 411-412.

14. Цуркан М.В., Пеннияйнен В.А., Кипенко А.В и др. Отклик клеток на низ­ коинтенсивное ТГц излучение // Научные труды VI Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине. - 2012. C.197.

15. Езерская А.А., Цуркан М.В., Смолянская О.А. Применение терагерцовой спектроскопии для ранней диагностики патологических процессов в биотканях // Труды X Международной конференции «Фундаментальные проблемы опти­ ки-2012». - 2012. - C.469-470.

16. Цуркан М.В., Балбекин Н.С., Смолянская О.А. Диагностика мембран кле­ ток с помощью макета ТГц спектрометра // Труды X Международной конфе­ ренции «Фундаментальные проблемы оптики-2012». - 2012. - С.518-519.

17. Сулацкий М.И., Цуркан М.В. Смолянская О.А. Воздействие ТГц излуче­ ния на рост нейритов // Труды X Международной конференции «Прикладная оптика-2012». - 2012. - С.516-518.

18. Сулацкий М.И., Цуркан М.В., Смолянская О.А. Воздействие ТГц излуче­ ния на нейриты // Медицинский академический журнал. Приложение. - 2012. С.505- 19. Езерская А.А., Цуркан М.В., Смолянская О.А. Возможности использова­ ния терагерцовой спектроскопии для ранней диагностики патологических про­ цессов в биотканях // Медицинский академический журнал. Приложение. С.433-434.

20. Цуркан М.В., Езерская А.А., Смолянская О.А. Возможности применения терагерцового излучения в медицине // Сборник статей четвертой международ­ ной научной научно-практической конференции «Высокие технологии, фунда­ ментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине». - 2012. C.64-66.

21. Tsurkan M.V. Smolyanskaya O.A. Impact of terahertz radiation on cells // Mi­ crowave Conference Proceedings (APMC). - 2013. - P. 630-632.




Похожие работы:





Похожие работы:

«ШУБА Анастасия Александровна ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ БИОПРОБ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ МАССИВОМ ПЬЕЗОСЕНСОРОВ ЛЕГКОЛЕТУЧИХ АМИНОВ РАЗЛИЧНОГО СТРОЕНИЯ И АЛИФАТИЧЕСКИХ КИСЛОТ 02.00.02 – Аналитическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Воронеж 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Воронежский государственный университет инженерных технологий Научный руководитель : Кучменко Татьяна Анатольевна – доктор химических наук, профессор (ФГБОУ...»

«АЛОМА ВИКТОРЬЕН ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИНТЕРЕСЫ КИТАЯ В РАЗВИВАЮЩИХСЯ СТРАНАХ (НА ПРИМЕРЕ СТРАН АФРИКИ) Специальность: 08.00.14 – Мировая экономика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Москва – 2014 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования Интенсивное экономическое развитие азиатских государств, в особенности Китайской Народной Республики (далее - Китай) круто изменило порядок внешнеторговых связей на международной арене...»

«ПОЛЯНСКАЯ НАДЕЖДА АЛЕКСАНДРОВНА СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НЕКОТОРЫХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ АЗОПРОИЗВОДНЫХ 9,10ФЕНАНТРЕНХИНОНА 02.00.01- неорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва 2012 Работа выполнена на кафедре общей химии факультета физико - математических и естественных наук Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российский...»

«БЕСПАЛОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ ВАРЬИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМОВ КАМЕННОЙ СТЕПИ Специальность 03.02.13 – почвоведение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва 2012 Работа выполнена в отделе агропочвоведения ГНУ Воронежского научноисследовательского института сельского хозяйства имени В.В. Докучаева Россельхозакадемии доктор биологических наук, заведующий отделом агропочвоведения ГНУ...»

«НИКОЛЬСКАЯ Анна Борисовна КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА БИОФОТОЛИЗОМ ВОДЫ 02.00.15 – кинетика и катализ 03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва - 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук и на кафедре химической энзимологии Химического факультета...»

«СИТДИКОВ РУСТАМ ЗИННЯТУЛЛОВИЧ Гигиеническая оценка условий труда и разработка медикопрофилактических мероприятий для сохранения здоровья работников пищевой промышленности (на примере кондитерской фабрики) 14. 02. 01 – Гигиена АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Нижний Новгород – 2014 2 Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Нижегородская государственная...»

«Секретно (пункт 342 Перечня) Экз. №_ ЗУБЕНКО ЕЛЕНА ВАСИЛЬЕВНА ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ТЕРМОУПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном военном образовательном...»

«ЛОСЕНКОВ Иннокентий Сергеевич КЛИНИКО-ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КИНАЗЫ ГЛИКОГЕНСИНТАЗЫ 3 ПРИ АФФЕКТИВНЫХ РАССТРОЙСТВАХ (КЛИНИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ) Специальности: 14.01.06 – Психиатрия 14.03.03 – Патологическая физиология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Томск 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении Научно-исследовательский институт психического здоровья Сибирского...»

«УДК 006.915.2+521.92 Пасынок Сергей Леонидович Методы определения опорных значений углов нутации Земли Специальность 05.11.15 - метрология и метрологическое обеспечение Автореферат диссертации на соискание учёной степени...»

«ТВЕРДУНОВ Павел Сергеевич РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ С ОБОСНОВАНИЕМ ЕГО ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ Специальность 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ульяновск – 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ульяновская государственная сельскохозяйственная...»

«ШЕМЕНЕВА НАТАЛЬЯ АНАТОЛЬЕВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ КВАСНОГО СУСЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОТОРНОГО РАСПЫЛИТЕЛЬНОГО ИСПАРИТЕЛЯ Специальность: 05.18.12 – процессы и аппараты пищевых производств АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово – 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кемеровский технологический институт пищевой...»

«ПРОТАСЕНКО Наталья Алексеевна ГЕТЕРОСПИНОВЫЕ о-СЕМИХИНОНОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ КОБАЛЬТА, МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА С НЕЙТРАЛЬНЫМИ, АНИОННЫМИ И РАДИКАЛЬНЫМИ АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГАНДАМИ 02.00.08 – химия элементоорганических соединений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Нижний Новгород – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук Научный...»

«МАКСИМОВ Дмитрий Михайлович КЛИНИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ДИАГНОСТИКЕ И ЛЕЧЕНИЮ ОСТЕОАРТРОЗА КРУПНЫХ СУСТАВОВ В ОБЩЕЙ ВРАЧЕБНОЙ ПРАКТИКЕ специальность 14.01.04 – внутренние болезни Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Екатеринбург – 2013 Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Уральская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения...»

«Куликов Сергей Борисович ТРАНСФОРМАЦИЯ ФИЛОСОФСКИХ ОБРАЗОВ НАУКИ Специальность 09.00.08 Философия наук и и техники Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора философских наук Томск 2012 Работа выполнена на кафедре истории и философии науки Института теории образования Федерального государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования Томский государственный педагогический университет Научный консультант Мелик-Гайказян Ирина Вигеновна...»

«ГАМЗАЕВ Магомед Алиевич ПРОБЛЕМА НРАВСТВЕННОСТИ В АВАРСКОЙ ДУХОВНОЙ ЛИТЕРАТУРЕ XVIII–ХIХ ВВ. Специальность 10.01.02 – Литература народов Российской Федерации (аварская литература) АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата филологических наук Махачкала 2013 2 Работа выполнена в отделе литературы ФГБУН Институт языка, литературы и искусства им. Г. Цадасы ДНЦ РАН Научный руководитель : доктор филологических наук Муртазалиев Ахмед Магомедович Официальные...»

«НАДЕЕВ Александр Александрович ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛОМАССООБМЕН В СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж - 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежский государственный технический университет Научный руководитель доктор технических наук,...»

«ХАЙРУТДИНОВА Ирина Викторовна Формирование иноязычной коммуникативной деятельности руководителей органов внутренних дел 13.00.01 – общая педагогика, история педагогики и образования А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Москва • 2013 2 Работа выполнена на кафедре психологии, педагогики и организации работы с кадрами ФГКОУ ВПО Академия управления Министерства внутренних дел Российской Федерации Сердюк Наталья Владимировна,...»

«Грачиков Дмитрий Вячеславович Модели стабилизации и синхронизации механических систем и нейронных сетей с гистерезисными свойствами специальность 05.13.18 математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Воронеж 2013 Работа выполнена на кафедре высшей математики Воронежского государственного архитектурно – строительного университета Научный руководитель : доктор...»

«Эсмаили Самира ХУДОЖЕСТВЕННЫЙ КОНФЛИКТ В МАЛОЙ ПРОЗЕ В.М. ШУКШИНА (СТРУКТУРА, ТИПОЛОГИЯ) 10.01.01 — русская литература Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата филологических наук Москва – 2014 Работа выполнена на кафедре русской и зарубежной литературы Российского университета дружбы народов Научный руководитель : доктор филологических наук, профессор Коваленко Александр Георгиевич Официальные оппоненты : доктор филологических наук, профессор Савченко...»

«Попова-Коварцева Дарья Александровна АЛГОРИТМЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА УПРАВЛЯЮЩИХ ГРАФОВ В ЗАДАЧАХ ОРГАНИЗАЦИИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (технические системы и связь) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара 2013 Работа выполнена на кафедре программных систем ФГБОУ ВПО Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королва (национальный...»

 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.