Д.Г. Чеботарев1, А.А. Рыльцев2, И.И. Наумов3, Р.Р. Ибадов4

1–4 Донской государственный технический университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)
1 chebotarv01@mail.ru; 2 artem12345609@mail.ru; 3 inaumov@donstu.ru; 4 ragim_ibadov@mail.ru

Постановка проблемы. Разработка прецизионных систем генерации электромагнитных полей оптического диапазона – актуальная задача современного биомедицинского приборостроения. Управление жизнедеятельностью биологических систем с помощью точно дозированного оптического излучения находит применение в фармацевтике, биотехнологии и медицине. Существующие установки часто лишены возможности гибкого динамического управления спектральной плотностью мощности (СПМ) в реальном времени, что ограничивает их применение для получения биологического материала с заданными функциональными свойствами и для научных исследований механизмов фотобиологического взаимодействия.

Цель. Разработать архитектуру и прототип автоматизированного комплекса мультиспектрального облучения с обратной связью на основе микроконтроллерного ШИМ-управления и схемотехнических решений стабилизации тока светодиодных излучателей. Экспериментально оценить его биомедицинскую эффективность на модельных биологических объектах (Raphanus sativus L, Eruca sativa Mill).

Результаты. Предложена структурная и принципиальная электрическая схема системы на базе микроконтроллерного управления и широтно-импульсной модуляции (ШИМ) полупроводниковых излучателей с использованием стабилизаторов тока и цепей обратной связи по току и спектральным параметрам. Реализован лабораторный стенд с независимыми каналами управления интенсивностью излучения в диапазонах 400–800 нм (синий, зеленый, красный, дальний красный). Экспериментально подтверждена способность разработанной системы модулировать метаболический отклик биообъектов: достигнуто увеличение активной биомассы на 40% при спектральной конфигурации с доминированием зеленого диапазона (495–600 нм). Выявлены нелинейные зависимости между коэффициентом заполнения ШИМ-сигнала в красном канале и интенсивностью клеточного метаболизма.

Практическая значимость. Разработанное устройство может служить базовым модулем для создания промышленных биореакторов с контролируемым облучением, систем жизнеобеспечения замкнутого цикла, а также применяться в фундаментальных исследованиях механизмов фотобиологического взаимодействия.

Чеботарев Д.Г., Рыльцев А.А., Наумов И.И., Ибадов Р.Р. Разработка и экспериментальная апробация аппаратно-программного комплекса мультиспектрального воздействия на биологические объекты // Биомедицинская радиоэлектроника. 2026. T. 29.
№ 2. С. 85−98. DOI: https:// doi.org/10.18127/j156 04136-202602-08

1. Ye C., Das P., Sahoo S.K. Peak current control of multichannel LED driver with selective dimming. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2018. V. 66. № 5 P. 3446–3457.
2. Zhang S., Li W., Chen W., Zhang Y., Zhu N. Accurate calibration and measurement of optoelectronic devices. Journal of Lightwave Technology. 2020. V. 39. № 12. P. 3687–3698.
3. Asare L., Kviesis-Kipge E., Ozols M., Spigulis J., Erts R. Multi-spectral optoelectronic device for skin microcirculation analysis. Lithuanian Journal of Physics. 2012. V. 52. № 1.
4. Vorobei R.I., Gusev O.K., Svistun A.I., Tyavlovsky А.K, Shadurskaya L.I. Measuring transducers for optical diagnostic system with multifunctional unitary photovoltaic converters. Devices and methods of measurements. 2018. V. 9. № 3. P. 216.
5. Rammeloo C. Baumgartner A. Spectroradiometer calibration for radiance transfer measurements. Sensors. 2023. V. 23. № 4. P. 2339.
6. Dolgalev A.P., Smirnov A.A., Proshkin Y.A., Tikhonov P.V., Burynin D.A., Sokolov A.V. Development of a Portable Spectroradiometer for Assessing the Light Environment in Crop Production. AgriEngineering. 2025. V. 7. № 12. P. 405.
7. Sawatdee S., Jarunglumlert T., Pavasant P., Sakihama Y., Flood A.E., Prommuak C. Effect of mixed light emitting diode spectrum on antioxidants content and antioxidant activity of red lettuce grown in a closed soilless system. BMC Plant Biology. 2023. V. 23. P. 351. DOI: 10.1186/s12870-023-04364-y.
8. Yang X., Wang S., Liu W., Huang S., Xie Y., Meng X., Li Z., Jin N., Jin L., Lyu J., Yu J. Different Spatial Configurations of LED Light Sources Enhance Growth in Tomato Seedlings by Influencing Photosynthesis, CO2 Assimilation, and Endogenous Hormones. Plants. 2025. V. 14(9). P. 1369. DOI: 10.3390/plants14091369.
9. Yudina L., Sukhova E., Mudrilov M., Nerush V., Pecherina A., Smirnov A.A., Dorokhov A.S., Chilingaryan N.O., Vodeneev V., Sukhov V. Ratio of Intensities of Blue and Red Light at Cultivation Influences Photosynthetic Light Reactions, Respiration, Growth, and Reflectance Indices in Lettuce. Biology. 2022. V. 11(1). P. 60. DOI: 10.3390/biology11010060.
10. Rizzon A.A., Silvestre W.P., Vicenço C.B., Rota L.D., Pauletti G.F. Supplementary Light on the Development of Lettuce and Cauliflower Seedlings. Stresses. 2024. V. 4(1). P. 6. DOI: 10.3390/stresses4010006.
11. Afzali S., Mosharafian S., van Iersel M.W., Mohammadpour Velni J. Development and Implementation of an IoT-Enabled Optimal and Predictive Lighting Control Strategy in Greenhouses. Plants. 2021. V. 10(12). P. 2652. DOI: 10.3390/plants10122652.
12. Appolloni E., Orsini F., Pennisi G., Gabarrell Durany X., Paucek I., Gianquinto G. Supplemental LED Lighting Effectively Enhances the Yield and Quality of Greenhouse Truss Tomato Production: Results of a Meta-Analysis. Frontiers in Plant Science. 2021.V. 12. P. 596927. DOI: 10.3389/fpls.2021.596927.
13. Rahman M.M., Field D.L., Ahmed S.M., Hasan M.T., Basher M.K., Alameh K. LED Illumination for High-Quality High-Yield Crop Growth in Protected Cropping Environments. Plants. 2021. V. 10(11). P. 2470. DOI: 10.3390/plants10112470.
14. Arif A.B., Budiyanto A., Setiawan Cahyono T., Sulistiyani T.R., Marwati T., Widayanti S.M., Setyadjit Manalu L.P., Adinegoro H., Yustiningsih N., Hadipernata M., Jamal I.B., Susetyo I.B., Herawati H., Iswari K., Risfaheri. Application of Red and Blue LED Light on Cultivation and Postharvest of Tomatoes (Solanum lycopersicum L.). Scientifica. 2024; 2024. P. 3815651. DOI: 10.1155/2024/3815651.
15. Zhang M., Ju J., Hu Y., He R., Song J., Liu H. Meta-Analysis of the Impact of Far-Red Light on Vegetable Crop Growth and Quality. Plants. 2024. V. 13(17). P. 2508. DOI: 10.3390/plants13172508.