На протяжении многих исследований было показано, что КВЧ-излучение влияет на биохимические процессы. Исследования действия КВЧ-излучения на микроорганизмы показало, что оно оказывает влияние на: морфологию клеток, процесс клеточного деления, ряд биологических свойств бактерий, скорость роста (выход биомассы), выход ферментов в среду. При этом отсутствовал мутагенный эффект [5].
Первоначально считалось, что в основе механизма КВЧ-излучения лежит воздействие на информационные процессы в клетке. И уже тогда считалось, что КВЧ-излучение влияет на процессы мембранного транспорта за счет изменения примембранных слоев воды. Резюме о представлениях того и настоящего времени написано в обзоре [3] и работе [1].
В общем и целом современное представление о механизме воздействия электромагнитного излучения на живые объекты показано в работе [3]. Согласно приведенной гипотезе воздействия КВЧ-излучения на микроорганизмы, КВЧ-излучение поглощается водой и/или другими молекулами, которое запасается в виде Δμн+, а Δμн + в свою очередь расходуется на синтез АТФ с помощью протонных ATP-синтаз, что проявляться как увеличение энергетического обмена в микроорганизмах и соответственно увеличения скорости роста, либо при избыточном облучении вызывать оксидатный стресс.
Последние исследования влияния электромагнитного излучения оптического и инфракрасного диапазона на воду, находящуюся на границе фаз показали, что широкие макроскопические области жидкости на границе фаз приобретают свойства отличные от обычной объемной воды [6].
Однако непосредственное исследование механизма КВЧ-излучения с точки зрения адсорбции слоев молекул воды на поверхности раздела фаз не были проведены.
В работе [2] рассмотрены возможности использования КВЧ-излучения в фармации, в частности при проведении технологических процессов с использованием микроорганизмов.
В данной работе приведены экспериментальные данные об изменении оптической плотности питательной среды MRS-1 используемой для культивирования лактобактерий.
Гипотеза молекулярного механизма воздействия КВЧ-излучения на микроорганизмы предложенная в [3] говорит, что КВЧ-излучение на резонансных частотах поглощается молекулами воды, что приводит к перестройке электронных плотностей и разделению зарядов и как следствие образованию упорядоченных макроскопических структур в виде многослойной сетки диполей на гидрофильных поверхностях.
Материалы и методы исследования
Подготовка проб
Питательная среда MRS-1, используемая в эксперименте, была изготовлена из 10,0 пептона, 20 мл дрожжевого экстракта, 20,0 глюкозы, 1 мл твина-80, 2,0 калия фосфорно-кислого двузамещенного, 5,0 натрия ацетата, 2,0 триаммония цитрата, 0,2 сульфата магния, 0,05 сульфата марганца (MgSO4∙4H2O), доведена до 1 л и простерилизована, pH = 6,2 при Т = 25 °С.
Изренение оптической плотности
Было проведено измерение оптической плотности на спектрофотометре СФ-103 НПКФ «АКВИЛОН». Измерения проводили при комнатной температуре.
КВЧ-излучение
Источником КВЧ-излучения служил аппарат МИЛТА-КВЧ НПО «Космического приборостроения». Аппарат генерирует электромагнитное излучение длиной волны 7,1; 5,6 мм выходная мощность 10 мВт. Питательную среду разливали в кварцевые кюветы и помещали в поле КВЧ-излучения.
Результаты исследования
и их обсуждения
Данный эксперимент является продолжением более ранних исследований влияния электромагнитного излучения на околоповерхностные слои воды, которые показали, что энергия излучения может аккумулироваться в виде энтропии потерь и разделения зарядов только при наличии гидрофильной поверхности и воды. В ходе облучения происходит интенсивный рост толщины адсорбированных молекул воды на поверхности, причем зоны вырастают большей толщины, чем без излучения [6].
Чтобы проверить, что ключевую роль в процессе воздействия ЭМИ миллиметрового диапазона на микроорганизмы играют молекулярные перестройки на гидрофильных поверхностях была измерена оптическая плотность питательной среды MRS-1 сразу после облучения.
В опыте, проведенном нами, гидрофильными поверхностями выступали стенки кварцевой кюветы, а также поверхности гидрофильных веществ, входящих в состав питательной среды MRS-1.
Известно, что длины волн 7,1 и 5,6 мм соответствующие 42,25 и 53,57 ГГц являются резонансными частотами поглощения в жидкой воде [4].
После облучения КВЧ-излучением на длинах волн 7,1 и 5,6 наблюдается резкое снижение оптической плотности в УФ-диапазоне (рисунок), что говорит о том, что среда становится более прозрачной для УФ-диапазона. Стоит отметить, что спектры поглощения питательной среды, облученной 7,1 и 5,6 мм практически идентичны, что говорит об одинаковых процессах, происходящих в среде под действием этих длин волн. На спектре отчетливо видно, что пики поглощения соответствующие 234, 252 и 264 нм практически исчезают после облучения. Небольшие пики в контроле на длине волны 243 и 352 нм также незначительны после облучения.
Возможным молекулярным механизмом данного явления, считается, что молекулы становятся более поляризованными, а среда в целом становится более упорядоченной и ввиду этого приобретает свойства жидкого кристалла [7]. Другими словами, энергия КВЧ-излучения смещает электронную плотность молекул, повышает дипольный момент молекул, в том числе и воды, усиливает водородные связи и приводит к молекулярным перестройкам на гидрофильных поверхностях.
Перетекание отрицательного заряда к поверхности вынуждает молекулы к переходу. Если частота электромагнитного излучения совпадает с собственной частотой колебательных переходов молекул воды, то этот эффект усиливается, что вызывает многоквантовые переходы между колебательными уровнями симметричной и ассиметричной мод через деформационную моду [4]. Перераспределенная электронная плотность запускает многослойную адсорбцию на гидрофильных поверхностях и уплотняет упаковку молекул воды с исключенными из себя растворенными веществами и ионами Н+, что приводит к повышению колебательного возбуждения внутри сетки. Это означает, что электроны в адсорбированных слоях воды гораздо менее связаны, т.е. находятся в возбужденном состоянии, чем электроны вне зон многослойной адсорбции и, следовательно, для переизлучения квантов требуется меньше энергии, что и видно как снижение оптической плотности по всему спектру УФ диапазона.
Таким образом, обработка КВЧ-излучением на резонансных частотах культур микроорганизмов может привести как положительным, так и отрицательным последствиям, что зависит от времени экспозиции и мощности излучения.
Спектр поглощения питательной среды MRS-1 в УФ-диапазоне
Выражаю благодарность моему научному руководителю, Т.Ф. Одеговой, сотрудникам ФАРМАТЕСТ за предоставленное оборудование, В.А. Несчисляеву за предоставленную питательную среду и рецензентам.
Библиографическая ссылка
Кузнецов Д.Б. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНЫХ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН НА ОПТИЧЕСКУЮ ПЛОТНОСТЬ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ Мrs-1 // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – № 8. – С. 129-131;URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=3901 (дата обращения: 20.04.2024).