Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2018, № 10 · BIOMEDICAL RADIO ELECTRONICS

Исследования поверхностных свойств липидных монослоев - моделей биологических мембран

S.V. Titov1, V.S. Malinin1, A.S. Titov2, K.D. Kazarinov1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
2 Московский физико-технический инстиитут (ГУ), 141701, Московская облаcть, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.10.13 UDC 576:532.59 EDN YOKZYT

Abstract

A method of investigation of the surface properties of lipid monolayers for the study of microwave biological effects is developed. The solution of the Navier-Stokes equation, describing the propagation of surface waves of a liquid as applied to lipid monolayers, permits the determination of the surface tension and viscosity of a monolayer as a function of the excitation frequency, the wave vector and the attenuation coefficient of the surface wave. The analysis of the effect of lipid monolayers on the propagation of surface waves is presented. It is shown that the presence of a lipid film on the surface of a liquid changes the wavelength of capillary waves and the attenuation coefficient for a fixed excitation frequency. One advantage of the method is that an ac electric field is used to generate surface waves which when combined with optical measurement renders this technique absolutely contact free. The results so obtained can serve as a basis for subsequent experiments applying electrostriction generation of capillary waves to the study of the surface properties of lipid monolayers as affected by microwave radiation.

  • биологические эффекты микроволнового излучения
  • генерация поверхностных волн
  • поверхностно-активные вещества
  • липидные монослои
  • модели биологических мембран
  • длина волны и затухание поверхностных волн
  • уравнение Навье-Стокcа
  • biological effects of microwave radiation
  • generation of surface waves
  • surfactants
  • lipid monolayers
  • models of biological membranes
  • wavelength and attenuation of surface waves
  • Navier-Stokes equation
Аннотация (на русском)

Исследования поверхностных свойств липидных монослоев - моделей биологических мембран

В данной статье развивается метод изучения поверхностных свойств липидных монослоев для исследования биологических эффектов микроволнового излучения. Решение уравнения Навье-Стокса, описывающего распространения поверхностных волн в жидкости применительно к липидным монослоям, позволило выразить поверхностное натяжение и вязкость монослоя, как функцию от частоты, волнового вектора и коэффициента затухания поверхностной волны. Представлен анализ влияние липидных монослоев на распространение поверхностных волн. Установлено, что наличие на поверхности жидкости липидной пленки меняет длину капиллярных волн и величину их коэффициента затухания при заданной частоте возбуждения. Использование переменного электрического поля для генерации поверхностных волн в комбинации с измерениями, проводимыми оптическим способом составляет одно из преимуществ развиваемого метода, делая основанную на данной методике эксперементальную технологию, полностью бесконтактной. Полученные результаты могут служить исходными данными для последующих экспериментов по применению электрострикционной генерации капиллярных волн в изучении поверхностных свойств липидных монослоев в условиях микроволнового облучения.

For citation

Titov S.V., Malinin V.S., Titov A.S., Kazarinov K.D. Исследования поверхностных свойств липидных монослоев - моделей биологических мембран // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.10.13

References

  1. К.Д. Казаринов. Биологические эффекты КВЧ-излучения низкой интенсивности. // Итоги науки и техники. Сер."Биофизика". М. ВИНИТИ. 1990. Т.27. 102 с.
  2. Р. Эйди. Электромагнитные взаимодействия на клеточных мембранах: перестройка стереотипа. // В сб.: Двенадцатые сеченовские чтения. М. РАН. РАМН. 1996. С. 3-21.
  3. К.Д. Казаринов. Исследование мембранотропной активности ЭМИ в широком диапазоне длин волн. // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ - техника. 2018. Вып. 2 (537). С. 62-75.
  4. J.T. Davies, Е.К. Redial. Interfacial phenomena. London. Academic Press. 1963. 480 p.
  5. М. Джейкок, Дж. Парфит. Химия поверхностей раздела фаз. М.: Мир. 1984. 269 c.
  6. L.B. Shih. Surface fluctuation spectroscopy: a novel technique for characterizing liquid interfaces. // Rev. Sci. Instrum. 1984. Vol. 55. P. 716-726.
  7. K.J. Maloy, J. Feder, T. Jossang. An experimental technique for measurements of capillary waves. // Rev. Sci. Instrum. 1998. Vol. 60. P. 481-486.
  8. J.D. Jackson. Classical Electrodynamics. N.Y. John Wiley & Sons. 1962. 641 p.
  9. C.H. Sohl, Κ. Miyano, J.B. Ketterson. Novel technique for dynamic surface tension and viscosity measurements at liquid-gas interfaces. // Rev. Sci. Instrum. 2008. Vol. 49. P. 1464-1469.
  10. Малинин В.С., Полников И.Г., Казаринов К.Д. Метод электрострикционной генерации капиллярных волн в изучении поверхностных свойств липидных монослоев // Научные труды VI Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине», ISBN 5-86456-007-3, СПб, 2012, - C. 122.
  11. Л.И. Седов. Механика сплошных сред. Т. 1. М.: Наука, 1970. 492 с.
  12. В.Г. Левич. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физико-математическая литература. 1959. 699 с.
  13. S.H. Yu, F. Possmayer, Adsorption, Compression and Stability of Surface Films from Natural, Lipid Extract and Reconstituted Pulmonary Surfactants // Biochim. Biophys. Acta. 1993. Vol. 1167. P. 264-271.
  14. B.A. Березовский, В.Ю. Горчаков. Поверхностно-активные вещества легкого. Киев: Наукова Думка. 1982. 168 c.
  15. О.А. Розенберг. Легочный сурфактант и его применение при заболеваниях легких // Общая реаниматология. 2007. Т. 3, № 1. С. 66-77.
  16. К.Д. Казаринов, М.В. Городецкая, И.Г. Полников. Использование волноводно диэлектрического метода для контроля и исследований сильнопоглощающих жидкостей в микроволновом диапазоне // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2014. № 1 (520). С. 82-94.
  17. К.Д. Казаринов Роль клеточных мембранных систем в рецепции электромагнитных полей КВЧ-диапазона биологическими объектами // Электронная техника. Сер.1. СВЧ-техника. 2008. №1. С.42-55.