Лазеростимулятор биосистем с использованием хиральной компонентой ЭМП

В статье рассмотрено перспективное аппаратное решение лазеростимулятора с хиральной компонентой ЭМП, защищенное патентом РФ [1].

На данный момент в биологии и медицине получили широкое распространение аппараты вихревой (хиральной) магнито- и КВЧ-терапии обоснованные как теоретическими [2, 3, 6, 12-14], так и практическими защищенными патентами РФ [4, 5, 7-11, 15-16] работами.

Из сказанного в приведенных работах видна стимулирующая значимость хиральных как магнитных, так и электромагнитных полей (ХиЭМП). Однако встает достаточно неоднозначная задача синтеза биотропных ХиЭМП, что подразумевает согласование частотновременных (модуляционных) E ( to , t ), частотно-пространственных (дисперсионных) E ( to , x , y , z ) и пространственно-временных (хиральных, поляризационных) E ( х , x , y , z , t ) (х — параметр хиральности) характеристик создаваемого лазеростимулятором ХиЭМП E ГЕН и собственного поля E БО организма:

^E rEH ^{( to} , t ) = ^E БО ^{( to ,} t X

E rEH ( to , X , y , Z ) = E Бo ( to , X , y , Z ), E ген ( Х , x , y , z , t ) = E бо ( х , x , y , z , t ). {Параметры биообъекта}.

В данной схеме означенные в фигурных скобках параметры биообъекта (БО) есть биологические, биохимические, физиологические, в том числе биоритмологические, параметры БО, определяющие структуру собственных электромагнитных полей БО. Таким образом, приведенная выше схема есть условие реализации принципа взаимности, обязательного для эффективного взаимодействия БО с внешними (генерируемыми) полями соответствующие векторно-частотной характеристики.

Уникальность 100%

Лазеростимулятор с механической генерацией вращающегося ЭМП

На сегодняшний день существует большое разнообразие стимуляторов основанных как на применении природных компонентов, разработках в области медицины, так и современных электронных технологий. Но сложность биосистем растений, животных и человека не позволяет создать какого-то одного универсального стимулятора, поэтому «Лазеростимулятор» является еще одним аппаратным вкладом в изучении биологических объектов.

Круг возможного применения лазеростимулятора чрезвычайно широк и включает в себя как чисто научно-исследовательское, так и практическое применение. В зависимости от конструкции и режимов излучения стимулятор может использоваться как терапевтический аппарат в медицине и ветеринарии, в сельском хозяйстве для предпосевной стимуляции семян и обработке растений в процессе вегетации, для обработки фруктов и овощей перед закладкой на хранение, в птицеводстве для прединкубационной стимуляции яиц и суточных цыплят и т.д.

На (рис. 1) приведена разработанная конструкция лазеростимулятора (ЛС) генерирующего механическим способом хиральные ЭМП право- и левовращающегося лазерного излучения.

Рис. 1. Лаз ер о стимулятор

Облучаемый БО (семена растений) располагаются в контейнере для биообъектов (КБ рис. 2), на семена воздействуют низкоинтенсивным сканирующим лазерным излучением (НИСЛИ) либо инфракрасного, либо красного диапазона излучения, либо комбинированного с различной частотой модуляции и временем экспозиции (для разных видов семян) с левовращающимся E L , либо правовращающимся E D хиральным ЭМП.

Рис. 2. Общий вид лазеростимулятора

В лазеростимуляторе используются лазеры с правой линейной поляризацией, и поэтому применение круговой развертки создает либо левовращающее E_L , либо правовращающее E_D хиральное ЭМП. Круговая развертка позволяет так же проводить стимуляцию семян на большой площади, а сочетание двух длин волн лазерного излучения вызывает более значительный отклик, чем при воздействии источником с одной длиной волны. Такой способ стимуляции приводит к существенному ускорению протекания ростовых процессов (скорости роста клеток, органов и тканей), увеличению процента всхожести семян, улучшению питание растений за счет увеличения степени поглощения ионов K ⁺, Ca ⁺⁺, Mg ⁺⁺, повышению активности энергетических процессов дыхания и фотосинтеза.

Воздействие НИСЛИ инфракрасного диапазона осуществлялось полупроводниковым лазером типа (ADL-85502-TL) с постоянной плотностью мощности W = 44мВт/см2, при вариации дозы облучения D от 160мДж/см2 до 1,32Дж/см2 с соблюдением следующих параметров:

― длина волны λ = 850нм, длина когерентности L ког = 361мкм, длительность импульсов τ и = 62,5мкс, частота импульсов f = 1000Гц, мощность излучения лазера P _изл = 50мВт, экспозиция излучения 15, 30, 60, 120 и 240с.

Воздействие НИСЛИ красного диапазона осуществлялось полупроводниковым лазером типа (HLDH-660-A-50-01) с постоянной плотностью мощности W = 44мВт/см ² , при вариации дозы облучения D от 160мДж/см ² до 1,32Дж/см ² с соблюдением следующих параметров:

― длина волны λ = 658нм, длина когерентности L ког = 217мкм, длительность импульсов τ _и = 62,5мкс, частота импульсов f = 1000Гц, мощность излучения лазера P _изл = 50мВт, экспозиция излучения 15, 30, 60, 120 и 240с.

Устройство лазеростимулятора состоит из трех блоков (рис. 3). В блоке формирования управляющей программы (БФУП) с панели управления (ПУ) задается программа управляющая стимулятором. На вращающейся каретке (ВК) расположен блок формирования потока излучения (БФПИ), который согласно заданной программе управляет режимом работы лазеров. В контейнерном блоке (КБ) размещены семена.

Рис. 3. Структурная схема лазеростимулятора и схема сканирования семян

Формирование программы работы стимулятора осуществляется с панели управления (ПУ) блока формирования управляющей программы (БФУП), где задается очередность работы лазеров, время излучения, количество циклов излучения, частота модуляции лазеров. В схеме формирования и кодирования сигналов управления и формирование частоты модуляции (СФКСУМ) формируются и кодируются сигналы управления стимулятором, и задается частота модуляции лазеров. Через оптическую систему светодиод-фотодиод (СД-ФД) кодированные сигналы, а затем модулирующий сигнал поступают в приемник сигналов управления и модуляции (ПСУМ) блока формирования потока излучения (БФПИ) вращающейся каретки (ВК). С приемника (ПСУМ) кодированный сигнал поступает на схему декодера сигналов управления (СДСУ) и далее на схему управления модуляторами лазеров (СУМЛ), а модулирующий сигнал на модуляторы красного и инфракрасного лазеров (МКЛ и МИКЛ). Схема управления модуляторами лазеров (СУМЛ) включает и выключает лазеры согласно сгенерированной управляющей программе.

Включение двигателя вращения каретки (ДВК) осуществляется автоматически сгенерированной программой или с панели управления (ПУ) через схему управления двигателем вращения каретки (СУДВК), скорость вращения составляет один оборот в секунду. Момент вращения двигателя посредством шестерни привода (ШПВК) передается на вал вращения каретки. Напряжение на все схемы блока формирования управляющей программы (БФУП) подается от встроенного блока питания (БП). Напряжение на вращающуюся каретку (ВК) подается от вращающегося трансформатора (ВТС) статор которого неподвижно закреплен. Импульсное высокочастотное напряжение на первичную обмотку вращающегося трансформатора подается со схемы формирования сигналов вращающего трансформатора (СФСВТ). В блоке формирования потока излучения (БФПИ) вращающейся каретки (ВК) с вторичной обмотки ротора вращающегося трансформатора (ВТР) снимается переменное напряжение и подается на вторичный блок питания (ВБП) который запитывает все схемы блока (БФУП). Двигатель вращения призмы (ДВП) включается при подаче общего напряжения. Управление двигателем (ДВП) осуществляется через схему управления двигателем вращающейся четырехгранной призмы (СУДВП), скорость вращения стабилизирована кварцевым генератором и составляет 1000 об/мин. На (рис. 4) изображен лазеростимулятор с хиральной компонентой в разрезе.

Рис. 4. Разрес устройства лазеростимулятора

Устройство лазеростимулятора работает следующим образом. Луч лазера, отраженный от зеркал (З1 или З2), падает на вращающуюся призму, разворачиваясь в строку, и пройдя корректирующую угол линзу (КУЛ) проецируется на биообъект находящийся в КБО в чашке Петри. Вращающаяся каретка производит круговое сканирование по монослою семян лазерным лучом (продолжительность одного цикла сканирования 0,5 секунды). В результате в каждой точке падения лазерного луча формируется левовращающееся E_L , либо правовращающееся E_D хиральное ЭМП, которое воздействуя на семена, приводит к стимуляции биологических процессов.