Исследование спектральных характеристик, оптических свойств и биологического отклика нервных клеток, фибробластов и ДНК в диапазоне частот 0,1 - 2 ТГц

• Автор: Дука, Мария Валериевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Оглавление

Перечень условных сокращений

Введение
Глава 1. Влияние излучения терагерцового диапазона частот на биологические объекты (обзор)

1.1. Методы терапии заболеваний глаз

1.1.1. Медикаментозные методики нейрогенеза роговицы

1.1.2. Физиотерапевтические методики нейрогенеза роговицы

1.2. Анализ воздействия терагерцового излучения на биологические объекты

1.3. Специфичность терагерцового диапазона частот для биологических объектов

1.4. Методы терапии заболеваний человека с помощью воздействия

излучением терагерцового диапазона частот

1.5 Определение бёзопасных пороговых уровней излучения при
использовании терагерцовых частот в медицине
Заключение к главе
Глава 2. Спектральные характеристики и оптические свойства фибробластов в терагерцовом диапазоне частот
2.1. Описание методики получения и пробоподготовки клеток фибробластов
2.2. Описание методики импульсной терагерцовой спектроскопии
2.3. Экспериментальный анализ спектральных характеристик фибробластов в ТГц диапазоне частот
2.4. Описание методики извлечения оптических свойств из временных форм терагерцовых импульсов
2.5. Экспериментальное изучение дисперсии оптических свойств фибробластов

2.6. Методика проточной цитометрии для оценки функциональной активности фибробластов после ТГц воздействия
2.6.1 Оценка мембранного потенциала митохондрий и проницаемости клеточной мембраны при помощи проточной цитометрии
2.6.2. Оценка жизнеспособности клеток при помощи ДНК-связывающих красителей
2.6.3. Изучение распределения клеток по фазам клеточного
цикла
2.7. Экспериментальное исследование функциональной активности фибробластов под влиянием широкополосного импульсного излучения диапазона 0,1-2 ТГц
2.7.1 Описание методики импульсной терагерцовой фотометрии
2.7.2. Результаты оценки мембранного потенциала митохондрий фибробластов
2.7.3. Результаты оценки жизнеспособности клеток при помощи ДНК-связывающих красителей
2.7.4. Оценка распределения клеток по фазам клеточного цикла
Заключение к 3 главе
Глава 3. Исследование изменений роста нейритов сенсорных ганглиев под влиянием широкополосного импульсного излучения
диапазона 0,1-2 ТГц
3.1. Описание методики получения и пробоподготовки нейритов сенсорных ганглиев
3.1.1. Преимущество метода культуры ткани
3.1.2. Получение органотипической культуры нервной ткани (спинальных ганглиев) куриных эмбрионов

3.1.3. Описание морфометрического метода оценки роста нервных клеток
3.2. Описание методики импульсной терагерцовой фотометрии
3.3 Изучение дозозависимого изменения роста нервных волокон
3.4.1. Экспериментальный анализ спектральных характеристик нервных клеток в ТГц диапазоне частот
3.4.2. Метод расчёта оптических свойств нервных клеток
3.4.2.1. Модель эксперимента и формулы
3.4.2.2. Расчёт дисперсии показателя преломления опорного диэлектрика
3.4.2.3. Результаты расчётов оптических свойств нервных клеток
3.5. Численное моделирование спектральных характеристик нервных клеток методом конечных разностей во временной области
3.5.1 Метод конечных разностей во временной области
3.5.2. Моделирование нервных клеток
3.5.3. Результаты моделирования
3.5.4. Сравнительный анализ результатов спектров отражения, полученных численно и экспериментально
Заключение к 3 главе
Глава 4. Исследование спектров ДНК методами терагерцовой спектроскопии
4.1..........Описание методики получения и пробоподготовки образцов ДНК

выше [95]. Это происходит за счет теплового рассеяния электромагнитной энергии, что вызывает локальный нагрев живой ткани. Если мощность излучения меньше указанной, такой нагрев не превышает 0,1°С, что в большинстве случаев является физиологически несущественным [95, 96]. В таком случае все наблюдаемые при воздействии такого излучения эффекты следует относить на счет его специфического биологического воздействия, не связанного с термическими процессами [97].
Поскольку в норме большинство живых тканей обладают высокой степенью гидратации, они весьма интенсивно поглощают электромагнитное излучение ТГц диапазона частот, что при достаточной мощности потока сопровождается нагревом. Однако в некоторых случаях ТГц излучение способно вызывать специфические нетепловые и микротепловые эффекты, а также тепловые эффекты низкого уровня. Подобная теория выдвигалась Фролихом и др. в работах 1971 года [98, 99]. Микротепловые эффекты терагерцового излучения были объяснены прямой передачей возбуждения по цепочке молекул [98] и линейными / нелинейными резонансными механизмами [100, 101]. Экспериментальное подтверждение этих теорий на данном этапе затруднено из-за недостаточной чувствительности лабораторного оборудования, поэтому само существование микротепловых эффектов, не говоря о конкретных механизмах их проявления, является спорным [69, 102]. Однако многие явления, наблюдаемые в ходе экспериментов с облучением терагерцовыми волнами, достаточно трудно объяснить только термическим воздействием излучения [3].
Нетепловые специфические эффекты терагерцового излучения еще только систематизируются в рамках современных исследований [100, 103, 104]. Исследователи полагают, что нетепловые механизмы могут быть обусловлены тем фактом, что период колебаний ТГц волны (пикосекунды), совпадает с естественными частотами фонона биологических молекул [100, 101]. В частности, ТГц излучение может способствовать локальному раскручиванию двухцепочечной ДНК и даже местами нарушать водородные