Исследование спектральных характеристик, оптических свойств и биологического отклика нервных клеток, фибробластов и ДНК в диапазоне частот 0,1 - 2 ТГЦ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Дука Мария Валериевна

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК, ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОГО ОТКЛИКА с1- НЕРВНЫХ КЛЕТОК, ФИБРОБЛАСТОВ И ДНК В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 0,1 - 2 ГГЦ

Специальность 01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

6 НОЯ 2014

Санкт-Петербург - 2014

005554729

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском 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 государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, заведующий кафедрой оптики и биофотоники

Кистенев Юрий Владимирович

доктор физико-математических наук, профессор, Национальный исследовательский Томский государственный университет, заместитель проректора по научной работе

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭ-ТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Защита состоится 4 декабря 2014 г. в 17.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.02 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском 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.49 и на сайте fppo.ifmo.ru.

^^ I

Автореферат разослан « » 201 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 вмешательств 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 влияния 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 облучения [3]. Несмотря на это, до сих пор в литературе отсутствует полноценное описание механизмов воздействия ТГц излучения. Поэтому необходимо их изучение с помощью численного и экспериментального исследования спектральных 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, поэтому для эффективного влияния на них ТГц излучения необходимо изучить распространение ТГц излучения в роговице, одним из компонент которой являются фибробласты. Поэтому важно исследовать спектральные характеристики и оптические свойства фибробластов в терагерцовом диапазоне частот, такие как коэффициент поглощения, оптическая глубина проникновения, комплексный показатель преломления, а также диэлектрическая проницаемость фибробластов в диапазоне частот 0,1 - 2,0 ТГц. Также необходимо показать, что ТГц излучение с плотностью мощности до ~ 100 мкВт/см2 не оказывает никакого влияния на фибробласты. С этой целью необходимо провести экспериментальное исследование функциональной активности фибробластов после облучения.

Известно также, что в терагерцовом диапазоне частот находится большая часть колебательно-вращательного спектра межатомных и межмолекулярных взаимодействий биологических макромолекул, включая белки и нуклеиновые кислоты [4]. Структура этих макромолекул сильно влияет на их функциональность. Поэтому исследование ТГц спектров дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) с помощью импульсного ТГц спектрометра и прецизионного непрерывного спектрометра представляется весьма ценными для идентификации собственных спектральных линий поглощения ДНК, а также определения особенностей клеточных процессов.

Цель работы - экспериментальное и теоретическое исследование распространения терагсрцового излучения частотного диапазона 0,1 - 2,0 ТГц через роговицу глаза, а именно изучение взаимодействия излучения с покровными слоями роговицы и нервными клетками, а также их компонентами.

Для выполнения цели диссертационной работы решались следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование влияния импульсного широкополосного терагерцового излучения рост нейритов и функциональную активность фиб-робластов.

2. Численное и экспериментальное исследование спектральных характеристик и оптических свойств нервных клеток для выяснения механизмов воздействия импульсного терагерцового излучения.

3. Экспериментальное исследование спектральных характеристик и оптических свойств фибробластов, как модели тканей роговицы, в терагерцовом диапазоне частот.

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

Защищаемые положения:

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 фибробластов 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 воздействия 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 0,87 мкВт/см2. 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 -1,0 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.

Научная новизна работы:

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 численного моделирования определены механизмы такого воздействия.

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

Впервые определено, что оптическая глубина проникновения импульсного излучения диапазона частот от 0,1 до 1,1 ТГц в слой фибробластов изменяется от 170 мкм до 210 мкм.

Доказано, что воздействие импульсного терагерцового излучения мощностью 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 зависящие от связей ДНК с подложками и растворителями. Произведена идентификация 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 спектральную 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 Н-связей.

Достоверность полученных результатов:

Достоверность и обоснованность результатов данной диссертации обеспечиваются применением всесторонне апробированных и широко используемых экспериментальных методов, и современной измерительной техники в оптическом диапазоне длин волн (методики импульсной и непрерывной терагерцовой спектроскопии и фотометрии). Основные результаты, полученные диссертантом в экспериментальных исследованиях, хорошо согласуются с данными выполненного им численного моделирования рассматриваемого процесса в программной среде CST Microwave Studio.

Методы исследования:

Экспериментальные спектральные характеристики и оптические свойства нервных клеток, фибробластов и ДНК получены с использованием методики 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 метода световым микроскопом. Функциональная активность фибробластов после облучения оценивалась при помощи проточной цитометрии с использованием анализа интенсивности флуоресценции ДНК связывающих красителей. Проверка 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 модели исследований могут быть использованы при проведении биологических экспериментов, в создании новых биотехнологий, для выбора параметров тера-герцового излучения в новых медицинских приборах, при описании процессов взаимодействия терагерцового излучения с биологическими клетками, в преподавании курсов оптики и биофотоники. Предложена оптическая схема для облучения широкополосным ТГц излучением клеток, находящихся в жидкой среде.

Практическая реализация результатов работы:

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

Апробация работы н публикации:

Результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную 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 Международный конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (02 - 06 июля 2012г., г. Санкт-Петербург, Россия); Global symposium on Pain "Translational approaches to cause-oriented treatment of pain symptoms (22-24 August, St. Petersburg, Russia); X Международная конференция «Прикладная оптика-2012» (15-19 октября 2012 года, г. Санкт-Петербург, Россия), 2-я Всероссийская научная конференция молодых ученых «Проблемы биомедицинской 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 медицине» (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).

Публикации

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

Личный вклад автора

Диссертант самостоятельно выполнил и проанализировал все представленные экспериментальные исследования по получению спектральных характеристик, 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 интерпретации результатов. Все составляющие суть диссертации положения решены и сформулированы самостоятельно.

Основная часть экспериментов была проведена в лаборатории терагер-цовой биомедицины Университета ИТМО. Часть экспериментов по влиянию терагерцового излучения на нервные клетки проведена на оборудовании лаборатории физиологии возбудимых мембран Института физиологии им. И.П. Павлова РАН (г. Санкт-Петербург). Эксперименты по исследованию функциональной активности фибробластов после воздействия терагерцового излучения проводились на установках ФГБУ «Научно-исследовательского института экспериментальной медицины» СЗО РАМН (г. Санкт-Петербург). Экспериментальное исследование ДНК с помощью методики непрерывной терагерцовой спектроскопии проводилось ца установках отдела терагерцовой спектрометрии Института физики микроструктур РАН (г. Нижний Новгород).

Структура и объем диссертации

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

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, научная новизна, научные результаты и основные результаты, выносимые 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 терагерцового излучения, при которых наблюдается терапевтический эффект влияния, а также показана область, которая не исследована на данный момент. Обоснована перспективность неинвазивной терагерцовой методики, направленной 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 качестве 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 терагерцовой 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.

Частота, ТГц

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 210 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 ци-тофлуориметрии ДНК-связывающих красителей. Показано, что воздействие импульсного терагерцового излучения мощностью 30; 2 и 0,1 мкВт не оказывает существенного влияния на изменение функциональной активности фибробластов. Так, между контрольными и облученными образцами не обнаружено статистически достоверных изменений в соотношении живых и находящихся 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 действием широкополосного импульсного ТГц излучения с плотностью мощности от 116 до 0,675 мкВт/см2. Для унификации показателей в различных образцах рост клеток оценивался по относительному показателю, сравнивая соотношение площади всего образца вместе с периферической зоной роста и площади центральной зоны, соответствующей первичному ганглию. Полученное соотношение (индекс площади) использовалось как объективный показатель интенсивности процессов. Полученная зависимость индекса площади облученных образцов от плотности мощности ТГц излучения представлена на Рисунке 2.

Рисунок 2 - Зависимость индекса площади облученных образцов от плотности мощности ТГц излучения

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 отношению 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 сохраняет жизнеспособность клеток в центральной зоне. При этом в контрольных яеоблученных образцах клетки центральной зоны гибнут из-за недостатка питательных 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.

Частота, ТГц

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 связанные 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 биологического объекта (Рисунок 4); 2) подложка / биологический объект из гидратированных хаотически расположенных сферических резонаторов диаметром 17 - 22 мкм (Рисунок 5). Нервные клетки были смоделированы, как гидратиро-ванные структуры, вследствие повышенного процентного содержания в них воды (78 %).

Частота. ТГц

Рисунок 4 - Численно смоделированный ТГц спектр коэффициента отражения двухслойной структуры подложка-объект

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Частота. ТГц

Рисунок 5 - Численно смоделированный спектр коэффициента отражения двухслойной структуры подложка-объекг 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 коэффициента 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 резонансными эффектами на оптической длине структуры. Спектральные особенности на частотах выше 0,80 ТГц в численном моделировании также связаны с резонансами Фабри-Перо на толщине исследуемой структуры для случая слабой дисперсии комплексной диэлектрической проницаемости воды.

При моделировании образца с учетом размера нервных клеток и межклеточного 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 структуры подложка / слой гидратированного биологического объекта, но проявляются в спектрах, полученных экспериментально (Рисунок 3). Эти спектральные особенности могут быть вызваны размерными резонансными эффектами на нервных клетках и не связаны с межмолекулярными взаимодействиями гидратиро-ванных компонент клетки.

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

0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Частота, ТГц

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, полученные в эксперименте, вызваны резонансными размерными эффектами на клетках с диаметрами от 20 до 30 мкм (Рисунок 6). Путем сравнительного анализа спектральных линий из эксперимента на частотах 1,11; 1,67 и 1,80 ТГц, где коэффициент отражения минимален, с пиками поглощения воды, можно утверждать, что на этих частотах биологический эффект будет обусловлен поглощением излучения 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 отражением 1,2-1,6 ТГц и до 1,0 ТГц влияние вызвано высоким поглощением излучения. Так как основная мощность ТГц импульса распределена в диапазоне частот от 0,20 до 1,10 ТГц, следовательно, основной вклад во влияние импульсного излучения на нейриты вносит поглощение энергии.

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

-Действительная часть показателя преломления

Рисунок 7 - Действительная и мнимая части показателя преломления нерв

ных клеток

-Действительная часть диэлектрической

проницаемости образца --Мнимая часть диэлектрической

Частота <ТГц)

Рисунок 8 - Действительная и мнимая части диэлектрической проницаемо сти нервных клеток

-.-'----1---1--- ООО

0,4 О,! 0,6 0.7 0,8

Частота (ТГц)

о.зо

0.05

Коэффициент поглощения а образце Глубина проникновения излучения в образец

Рисунок 9 - Коэффициент поглощения и глубина проникновения излучения в нервные клетки

Показано, что максимум коэффициента поглощения нервных клеток, равный 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 поглощения, 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 деградированной ДНК сельди на различных подложках с разными растворителями методами импульсной и непрерывной терагерцовой спектроскопии, а также расположенные в пределах разрешения спектрометров (7,5 ГГц) по отношению к результатам работы по исследованию ДНК сельди и лосося в твердой фазе считались 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 линия 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 ТГд, полученная с использованием воды в качестве растворителя, совпадает с частотой линии поглощения бактериальной ДНК, также растворенной в воде, она соответствует колебаниям, ответственным за изменение конформации молекулы ДНК при растворении в воде за счет образования межмолекулярных Н-связей.

Список цитируемой литературы:

1. Румянцева О. А., Кузнецова Т.Е. Роль повреждения нервного аппарата роговицы в нарушении слезопродуцирующей функции после фоторефракционных операций // Казанский медицинский журнал . - 2002. - Т. 83. № 3 - С. 211216.

2. Патент 2442582 Российская Федерация, МПК А61К31/4468, А61Р27/02, Стимулятор образования нейритов / Ябута Тихо, Яно Фумико, Азума Мицуйо-си, 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. Wilraink G.J., Grundt J.E. Invited Review Article: Current State of Research on Biological Effects of Terahertz Radiation /У J. Infrared Milli Terahz Waves. -201 l.-V. 32.-P. 1074-1122.

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

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах

По перечню ВАК:

1. Цуркан М.В., Собакинская Е.А., Смолянская O.A. и др. Исследование спектра молекулы ДНК в герагерцовой области частот // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2012. - № 1 (77) -С. 15-19

2. Цуркан М. В., Смолянская О. А., Брянцева Н. Г. Воздействие терагерцо-вого излучения на рост нейритов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2013. - № 1(83). - С. 60-65.

3. Езерская A.A., Цуркан М.В., Смолянская O.A. и др. Идентификация аминокислот, входящих в состав кожи человека, с помощью спектров диапазона 0,05-1,2ТТц // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2013. - №2 (84). - С. 50-54

4. Tsurkan M.V. , Balbekin N.S., Sobakinskaya Е.А. and et.al. Terahertz Spectroscopy of DNA // Optics and Spectroscopy. - 2013. - Vol. 114. - No. 6. - P. 894898.

5. Цуркан M.B., Кудрявцев И.В., Серебрякова M.K. и др. Анализ влияния низкоинтенсивного терагерцового излучения на маркеры ранней активации лимфоцитов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2013. - №4 (86). - С. 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.-С. 56-61.

7. Дука (Цуркан) М.В., Серебрякова М.К., Трулёв А.С. и др. Оценка влияния терагерцового излучения диапазона 0,05-1,2 ТГц на функциональную активность 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. DukaM. V., Dvoretskaya L.N., Babelkin N. S. and et.al. Numerical and experimental studies of mechanisms underlying the effect of pulsed broadband terahertz radiation on nerve cell // Quantum Electronics. - 2014. - V. 44 (8). - P. 707-712

Другие публикации:

11. Tsuikan M.V., Penniyainen V.A. and et. al. Changing growth of neurites of sensory ganglions by terahertz radiation // Proc. of SPIE. - 2012. - V. 8261. -82610S-1

12. Цуркан M.B., Пеннияйнен В.А., Кипенко A.B. и др. Воздействие ТГц излучения 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 И Сборник трудов VII Международной конференции 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-коинтепсивное ТГц излучение // Научные труды VI Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине. - 2012. -С. 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. - С.469-470.

16. Цуркан М.В., Балбекин Н.С., Смолянская О.А. Диагностика мембран клеток с помощью махета ТГц спектрометра // Труды X Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики-2012». — 2012. - С.518-519.

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

18. Сулацкий М.И., Цуркан М.В., Смолянская O.A. Воздействие ТГц излучения на нейриты // Медицинский академический журнал. Приложение. - 2012. -С.505-506

19. Езерская A.A., Цуркан М.В., Смолянская O.A. Возможности использования терагерцовой спектроскопии для ранней диагностики патологических процессов в биотканях // Медицинский академический журнал. Приложение. -2012. -С.433-434.

20. Цуркан М.В., Езерская A.A., Смолянская O.A. Возможности применения терагерцового излучения в медицине // Сборник статей четвертой международной научной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине». - 2012. -С.64-66.

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

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812) 233 46 69. Объем 1,0 у.пл. Тираж 100 экз.