350 rub
Journal Biomedical Radioelectronics №2 for 2011 г.
Article in number:
Study of Biological Effects of Electromagnetic Radiation of Submillimeter Part of Terahertz Range
Keywords: biologic effects of electromagnetic radiation terahertz radiation submillimeter waves biomolecules cells unicellular and multicellular organisms
Authors:
V.I. Fedorov
Abstract:
The study of influence of electromagnetic radiation of submillimeter part of terahertz range (SMM THz radiation) on bioobjects of several organization levels (molecule, cell, organism) is general task of Laboratory of Biophysics of the Institute of Laser Physics SB RAS. At molecular level it is demonstrated an induction of biopolymer conformation transition by SMM THz radiation. It is observed by different methods: circular dichroism spectroscopy, UV spectroscopy, EPR spectroscopy, binding activity analysis and natural fluorescence. At cellular level it is demonstrated influence of SMM THz radiation on neuron and red blood cell membrane state and osmotic resistance, lymphocyte proliferation and viability and intercellular relation between lymphocytes and monocytes. SMM THz radiation induces phenotypic variations and influences gene activity in microorganisms. SMM THz radiation induces a shortening of wheat grain imbibition period and crop yield rise, a decrease of spontaneous and X-ray-induced somatic mutations in fruit flies. SMM THz radiation induces escaping reaction, motor agitation and increased anxiety of mice.
Pages: 17-27
References
  1. Девятков Н.Д.,Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М.: Радио и связь. 1991
  2. Гершензон Е.М.Субмиллиметровая спектроскопия // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 4. С. 78-85.
  3. Abbot D., Zhang X.-C. Scanning the issue: T-ray imaging, sensing, and retection // Proceedings of the IEEE. 2007. V. 95. № 8. P. 1509-1513.
  4. Бецкий О.В., Киричук В.Ф., Креницкий А.П., Лебедева Н.Н., Майбородин А.В. Тупикин В.Д., Шуб Г.М.  Терагерцовые волны и их применение. Биомедицинские технологии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2005. № 8. С. 40-48.
  5. Фёдоров В.И., Погодин А.С., Дубатолова Т.Д., Варла­мов А.В., Леонтьев К.В., Хамоян А.Г.Сравнительное исследование влияния электромагнитного излучения инфракрасного, субмиллиметрового и мил­лиметрового диапазонов на индуцированные гамма-облучением соматические мутации клеток крыльев Drosophilamelanogaster // Биофизика. 2001. Т. 46. № 2. С. 298-302.
  6. Фёдоров В.И., погодин А.С., Беспалов В.Г., Путилин С.Э., Смолянская О.А., Грачев Я.В., Козлов С.А.Влияние импульсного сверхширокополосного терагерцевого излучения на конформацию альбумина // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2009. № 3. С. 50-58.
  7. Залюбовская Н.П.К оценке действия микроволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов на различные биологические объекты: Автореф. дис. - канд. биол. наук. Харьков: Днепропетровский госуниверситет. 1970. 15 с.
  8. Ильина С.А., Бакаушина Г.Ф., Гайдук В.И., Храпко А.М., Зиновьева Н.Б.О возможной роли воды в передаче воздействия излучения миллиметрового диапазона на биологические объекты // Биофизика. 1979. Т. 24. № 3. С. 513-518.
  9. Храпко А.М., Реброва Т.Б., Беляков Е.В. Измерительная аппаратура и методика для исследования воздействия миллиметрового и субмиллиметрового излучения на биообъекты. В кн.: «Нетепловые эффекты миллиметрового излучения». М. 1981. С. 317-336.
  10. LiuH.-B., ZhongH, KarpowiczN., ChenY., ZhangX.-C. Terahertzspectroscopyandimagingfordefenseandsecurityapplications// Proc. IEEE. 2007. V. 95. № 8. P. 1514-1527.
  11.  Nishizawa S., Sakai K., Hangyo M., Nagashima N., Takeda M.W., Nominaga K., Oka A., Tanaka K., Morikawa O. Terahertz time-domain spectroscopy. In: Terahertz Optoelectronics. Berlin - Heidelberg: Springer. 2005. P. 203-270.
  12. Грибов Л.А. Колебания молекул. М.: Книжный дом «Либроком». 2009.
  13. Palik E.D. Handbook of Optical Constant of Solids. New York - London: Academic Press. 1997.
  14. Кантор Ч., Шиммел П.Биофизическая химия. Т. 2. М.: Мир. 1984.
  15. Pokorny J., Wu T.M.Biophysical Aspects of Coherence and Biological Order. Berlin e.a.: Springer, 1998.
  16. Чиркова Э.Н. Волновая природа регуляции генной активности: Живая клетка как фотонная вычислительная машина // Русская мысль. 1992. № 2. С. 29-41.
  17.  Попова С.С. Проблема взаимосвязи свойств микроскопических составляющих и биологической клетки // Философия науки. 2009. № 2 (41). С. 79-98.
  18.  Бецкий О.В., Козьмин А.С., Хижняк Е.Е., Хижняк Е.П., Цыганов М.А., Яременко Ю.Г. Роль температурных градиентов и конвективно-диффузионных процессов в механизмах биологических эффектов миллиметровых волн // Биомедицинская радиоэлектроника. 2009. №12. С. 24-33.
  19.  Smye S.W., Chamberlain J.M., Fitzgerald A.J., Berry E. The interaction between terahertz radiation and biological tissue // Phys. Med. Biol. 2001. V. 46. № 9. P. R101-R112.
  20. ГрачевГ.Н., ЗахарьяшВ.Ф., КлементьевВ.М., ХамоянА.Г. Экспериментальноеисследованиеволноводногосубмиллиметровоголазерасоптической накачкой // Квантовая электроника. 1999. Т. 28, № 2. С. 147-150.
  21. Cherkasova O.P., Fedorov V.I., Pogodin A.S., Nemova E.F., Popova S.S., Khamoyan A.G. The effects of THz radiation on conformation of macromolecules - Proc. V Internat. Symp. «Modern Problems of Laser Physics». Novosibirsk. 2009. Р. 442-445.
  22.  Cherkasova O.P., Fedorov V.I., Nemova E.F., Popova S.S., Pogodin A.S., Khamoyan A.G. Terahertz radiation influence on peptide conformation // Proc. SPIE. 2007. V. 6727. P. 672721-1-6727212-5.
  23.  Черкасова О.П., Фёдоров В.И., Немова Е.Ф., Погодин А.С. Влияние лазерного терагерцового излучения на спектральные характеристики и функциональные свойства альбумина // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107. № 4. С. 565-568.
  24. Беспалов В.Г., Городецкий А.А., Денисюк И.Ю., Козлов С.А., Крылов В.Н., Лукомский Г.В., Петров Н.В., Путилин С.Э. Методы генерации свехширокополосных ТГц импульсов фемтосекундными лазерами // Оптический журнал. 2008. Т. 75. №10. С. 34-41.
  25. Kapralova A.V., Pogodin A.S. Influence of terahertz radiation of various ranges on molecule-s conformation of bovine serum albumin. In: Digest Reports of International Symposium - Terahertz Radiation: Generation and Application?. Novosibirsk. 2010. P. 82.
  26. Тиноко И., Зауэр К., Вэнг Дж., Паглиси Дж. Физическая химия. Принципы и применение в биологических науках. М.: Техносфера. 2005.
  27. Комарова М.Н., Грызунов Ю.А. Строение молекулы альбумина и ее связывающих центров // Альбумин сыворотки крови в клинической медицине. Кн. 2. М.: Гэотар. 1998. С. 28-51.
  28. Fedorov V.I., Khamoyan A.G.,Shevela E.Ya., Chernykh E.R.Investigation of possibility of submillimeter laser using as instrument for diagnostics in medicine // Proc. SPIE. 2007. V. 6734. P. 673404-1-673404-7.
  29. Фёдоров В.И., Клементьев В.М., Хамоян А.Г., Шевела Е.Я., Черных Е.Р.Субмиллиметровый лазер как потенциальный инструмент медицинской диагностики // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2009. № 1-2. С. 88-97.
  30. RatushnyakA.S., Zapara T.A., Fedorov V.I., Khamoyan A.G. Influence of submillimeter laser radiation on nervous cells. In: The Second International Symposium on Modern Problems of Laser Physics. Novosibirsk. 1997. Р. PII-35.
  31. RatushnyakA.S., Zapara T.A., Ryabchikova E.I., Fedorov V.I., Tarasov V.M., Klementyev V.M. Influence of submillimeter range electromagnetic radiation on neuron systems. In: The Third International Symposium on Modern Problems of Laser Physics. Novosibirsk. 2000. Р. 177.
  32. Clothier R.H., BourneN. Effects of THz exposure on human primary keratinocyte differentiation and viability //J. Biol.Phys. 2003. V. 29. № 2-3. P. 179-185.
  33. Фёдоров В.И., Бахарев Г.Ф.Влияние субмиллиметрового излучения на период раннего прорастания семян пшеницы // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2010. № 1. С. 51-59.
  34. Fedorov V.I., Pogodin A.S., Dubatolova T.D. Influence of submillimeter laser radiation (l=81.5 mm) on the frequency of spontaneous and induced somatic mutations of Drosophila wing cells. In: The Third International Symposium on Modern Problems of Laser Physics. Novosibirsk. 2000. Р. 182.
  35. Бондарь Н.П., Коваленко И.Л., Августинович Д.Ф., Ха-
    моян А.Г., Кудрявцева Н.Н.     Влияние терагер­цевых волн на поведение самцов мышей //Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2008. T. 145. № 4. C. 378-382.