RU2116089C1

RU2116089C1 - Method for treating biological objects

Info

Publication number: RU2116089C1
Application number: RU96122148A
Authority: RU
Inventors: А.А. Вилисов; В.Н. Дирин; Б.А. Наливайко; О.А. Пасько; А.В. Семенов
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "НИИПП"
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-07-27

Abstract

FIELD: agriculture. SUBSTANCE: method involves treating biological objects with modulated optic bandwidth radiation carrying 10^-6 W/10^-1 power density. Modulation is carried out by means of irregular analog oscillations which spectral components belonging to cm² Hz range. Transient process currents or voltages in electric circuits like flicker noise are applied as the irregular analog oscillations. EFFECT: improved biostimulating and therapeutic action; increased productivity of plants. 3 cl

Description

Изобретение относится к человеческой деятельности, имеющей дело с объектами живой природы, в частности, к медицине и сельскому хозяйству. The invention relates to human activity dealing with objects of wildlife, in particular, to medicine and agriculture.

Известен способ воздействия на биологические объекты, включающий их облучение низкоинтенсивным непрерывным оптическим излучением [1]. Недостатком способа является слабый биостимулирующий эффект, так как вне непосредственного воздействия оптическим излучением оказываются многочисленные биорезонансные структуры. A known method of exposure to biological objects, including their irradiation with low-intensity continuous optical radiation [1]. The disadvantage of this method is the weak biostimulating effect, since outside the direct exposure to optical radiation are numerous bioresonance structures.

Известен способ воздействия на биологические объекты частотно-модулированным лазерным излучением (путем сканирования частоты модуляции на 20-30% относительно центральной) [4] . Модуляция такого типа названа авторами шумоподобной или квази-шумоподобной. Недостатком такого способа также является слабый биостимулирующий эффект. There is a method of influencing biological objects with frequency-modulated laser radiation (by scanning the modulation frequency by 20-30% relative to the central one) [4]. Modulation of this type is called by the authors noise-like or quasi-noise-like. The disadvantage of this method is also a weak biostimulating effect.

Известен способ воздействия на биологические объекты амплитудно-модулированным лазерным излучением, частота модуляции которого выбирается в диапазоне частот 10^-1-10⁶ Гц [5]. Этому способу присущ тот же недостаток, что и двум вышеназванным.There is a method of influencing biological objects by amplitude-modulated laser radiation, the modulation frequency of which is selected in the frequency range 10 ^-1 -10 ⁶ Hz [5]. This method has the same drawback as the two above.

Наиболее близким к предложенному является способ воздействия на биологические объекты, включающий их облучение импульсным оптическим излучением при средней плотности падающей на биологические объекты мощности 10^-6 - 2•10^-1 Вт/см² [2] . Недостатком способа-прототипа является слабый биостимулмирующий эффект, обусловленный тем, что дискретный спектр модулирующего сигнала, занимающий относительную полосу частот до двух порядков, оказывает по отношению к непрерывному оптическому излучению дополнительное воздействие только на те биоструктуры, резонансные частоты которых совпадают или близки к спектральным составляющим сигнала или кратны им.Closest to the proposed one is a method of influencing biological objects, including their irradiation with pulsed optical radiation at an average power density of 10 ^-6 - 2 • 10 ^-1 W / cm ² incident on biological objects [2]. The disadvantage of the prototype method is a weak biostimulating effect, due to the fact that the discrete spectrum of the modulating signal, occupying a relative frequency band of up to two orders of magnitude, has an additional effect with respect to continuous optical radiation only on those biostructures whose resonant frequencies coincide or are close to the spectral components of the signal or multiple to them.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предложенное решение, является усиление биостимулирующего эффекта (за счет ускорения и нормализации процессов в биологических объектах). The technical result, the achievement of which the proposed solution is aimed at, is to enhance the biostimulating effect (due to the acceleration and normalization of processes in biological objects).

Это достигается тем, что в известном способе воздействия на биологические объекты, включающем их облучение модулированным оптическим излучением при средней плотности падающей на них мощности 10^-6 - 2•10^-1, модуляцию осуществляют нерегулярными аналоговыми колебаниями, спектральные составляющие которых находятся в диапазоне частот 10^-4 - 10⁶ Гц. В качестве нерегулярных аналоговых колебаний в частных случаях используют напряжения или токи переходных, например, экспоненциальных, процессов в электрических цепях или усиленные случайные процессы в электрических цепях, например, фликкер-шум.This is achieved by the fact that in the known method of influencing biological objects, including their irradiation with modulated optical radiation at an average density of incident power of 10 ^-6 - 2 • 10 ^-1 , the modulation is carried out by irregular analog vibrations, the spectral components of which are in the frequency range 10 ^-4 - 10 ⁶ Hz. As irregular analog oscillations in special cases, use voltages or currents of transient, for example, exponential, processes in electrical circuits or amplified random processes in electrical circuits, for example, flicker noise.

Значение нижней граничной частоты спектра модулирующего сигнала - 10^-4 Гц - выбрано из того соображения, что для большинства биообъектов, в частности семян, не требуется времени стимулирующего воздействия большего, чем 2,5-3,0 ч (длительность воздействия определяет нижнюю граничную частоту спектра). Более длительное воздействие в большинстве случаев затруднено и по технологическим соображениям. Значение верхней частоты спектра модулирующего сигнала - 10^-6 Гц - выбрано потому, что частоты конформационных изменений структуры белков, в том числе ферментов, достигают 10⁶ Гц [3]. Спектральные составляющие модулирующего сигнала, совпадающие с частотами конформационных колебаний ферментов, усиливают активность последних.The value of the lower cutoff frequency of the spectrum of the modulating signal - 10 ^-4 Hz - was chosen from the consideration that for most biological objects, in particular seeds, no stimulation time longer than 2.5-3.0 hours is required (the duration of the exposure determines the lower cutoff frequency spectrum). Longer exposure in most cases is difficult for technological reasons. The value of the upper frequency spectrum of the modulating signal — 10 ^-6 Hz — was chosen because the frequencies of conformational changes in the structure of proteins, including enzymes, reach 10 ⁶ Hz [3]. The spectral components of the modulating signal, which coincide with the frequencies of conformational vibrations of the enzymes, enhance the activity of the latter.

Выделяемые (детектируемые) в биообъектах составляющие спектра модуляции (биообъекты являются нелинейными системами) влияют на протекающие в них физико-химические процессы, изменяя, в частности, эффективную скорость протекания реакций. Они способны приводить к перестройке кинетического режима, к открыванию и/или закрыванию определенных частных путей реакций и к качественным изменениям получающихся в результате этих реакций продуктов. The components of the modulation spectrum (bioobjects that are nonlinear systems) emitted (detected) in bioobjects affect the physicochemical processes occurring in them, changing, in particular, the effective reaction rate. They can lead to a restructuring of the kinetic regime, to the opening and / or closing of certain particular reaction pathways, and to qualitative changes in the products resulting from these reactions.

Нерегулярные аналоговые колебания взяты в качестве модулирующих потому, что они имеют непрерывный амплитудно-частотный спектр и воздействуют на все биоструктуры, резонансные частоты которых находятся в области спектра модулированных колебаний. Irregular analog vibrations are taken as modulating ones because they have a continuous amplitude-frequency spectrum and affect all biostructures whose resonant frequencies are in the spectral region of the modulated oscillations.

Воздействие нерегулярного аналогового сигнала происходит в определенных частотных диапазонах (частотных "окнах"), распределение которых на оси частот носит индивидуальный характер для каждой биоструктуры. Биоструктура "выбирает" нужные ей для активации составляющие колебаний. Чем ниже частота "окна", тем требуется большее время для получения одного и того же результата при одинаковых амплитудах воздействующих сигналов (составляющих спектра) или большая амплитуда сигнала при одинаковых временах воздействия. Этому условию в значительной степени удовлетворяют экспоненциальные колебания и фликкер-шум, амплитуды спектральных составляющих которых растут с уменьшением частоты. An irregular analogue signal occurs in certain frequency ranges (frequency "windows"), the distribution of which on the frequency axis is individual in nature for each biostructure. The biostructure “chooses” the vibrational components it needs to activate. The lower the frequency of the “window”, the longer it takes to get the same result with the same amplitudes of the acting signals (spectrum components) or a larger signal amplitude with the same exposure times. This condition is largely satisfied by exponential oscillations and flicker noise, the amplitudes of the spectral components of which increase with decreasing frequency.

Устройства, реализующие предложенный способ, могут выполняться на основе лазеров или светодиодов видимого и/или инфракрасного диапазонов. В качестве генератора нерегулярных колебаний, используемых для модуляции интенсивности излучения, могут использоваться генераторы линейно нарастающего, синусоидально нарастающего или экспоненциально нарастающего напряжения, генератор фликкер-шума и другие устройства. В качестве источника фликкер-шума могут использоваться стабилитроны тлеющего и коронного разряда и полупроводниковые стабилитроны (при работе последних на начальной части обратной ветви вольтамперной характеристики). Devices that implement the proposed method can be performed on the basis of lasers or LEDs in the visible and / or infrared ranges. As a generator of irregular oscillations used to modulate the radiation intensity, linearly increasing, sinusoidally increasing or exponentially increasing voltage generators, flicker noise generator and other devices can be used. As a source of flicker noise, zener diodes of the glow and corona discharges and semiconductor zener diodes (when operating the latter on the initial part of the reverse branch of the current-voltage characteristic) can be used.

Использование предложенного способа для целей фототерапии и ускорения роста и развития растений не отличается от использования способов-аналогов. The use of the proposed method for phototherapy and to accelerate the growth and development of plants does not differ from the use of analogue methods.

Было изготовлено устройство для реализации предложенного способа на основе излучающих полупроводниковых диодов; трех красного и одного инфракрасного диапазонов. Модуляция излучения на сверхнизких частотах осуществлялась за счет фликкер-шума сети переменного тока (для питания устройства использовался нестабилизированный источник постоянного напряжения), на низких и высоких частотах - за счет усиленного фликеер-шума полупроводникового стабилитрона. A device was manufactured for implementing the proposed method based on emitting semiconductor diodes; three red and one infrared ranges. Radiation at ultra-low frequencies was modulated due to the flicker noise of the AC network (an unstabilized constant voltage source was used to power the device), at low and high frequencies due to the amplified flicker noise of the semiconductor zener diode.

При помощи устройства в июле-августе 1996 г. производилось облучение семян огурцов урожая 1993 г. в течение одного часа при средней плотности потока мощности около 5•10^-4 Вт/см². Испытания показали статистически достоверное повышение всхожести семян на 20 - 30% по отношению к облучению семян устройством с импульсной модуляцией оптического излучения (к способу-прототипу). В настоящее время устройство передано в Сибирский госмедуниверситет для определения оптимальных терапевтических методик для облучения тканей человека.Using the device, in July-August 1996 the seeds of cucumbers of the 1993 crop were irradiated for one hour at an average power flux density of about 5 • 10 ^-4 W / cm ² . Tests showed a statistically significant increase in seed germination by 20-30% in relation to seed irradiation with a device with pulsed modulation of optical radiation (to the prototype method). Currently, the device has been transferred to the Siberian State Medical University to determine the best therapeutic methods for irradiating human tissues.

Технический эффект от предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом состоит в усилении терапевтического воздействия при его использовании в медицине и повышении продуктивности растений при его использовании в растениеводстве. The technical effect of the proposed method compared to the prototype method is to enhance the therapeutic effect when it is used in medicine and to increase the productivity of plants when it is used in crop production.

Использованная литература. References.

1. Козлов В.И., Буйлин В.А. Лазеротерапия с применением АЛТ "Мустанг". М.: Аспект Пресс, 1995, с. 27. 1. Kozlov V.I., Builin V.A. Laser therapy using ALT "Mustang". M .: Aspect Press, 1995, p. 27.

2. Там же, с. 28 (прототип). 2. Ibid., P. 28 (prototype).

3. Там же, с. 13. 3. In the same place, with. thirteen.

4. Антонов С. Н. Проблемы низкоинтенсивной лазерной терапии и новые тенденции в развитии аппаратуры, Laser Market, 1994, N3, с. 17. 4. Antonov S. N. Problems of low-intensity laser therapy and new trends in the development of equipment, Laser Market, 1994, N3, p. 17.

5. Лазерные терапевтические аппараты серии "Луч" (информационное сообщение о новой технике и ее применение), Laser Market, 1994, N1, с.9. 5. Laser therapeutic apparatuses of the Luch series (information message about a new technique and its application), Laser Market, 1994, N1, p.9.

Claims

1. The method of exposure to biological objects, including irradiation of biological objects with modulated optical radiation at an average density of the incident power of 1 • 10 ^-6 - 2 • 10 ^-1 W / cm ² , characterized in that the modulation is carried out by irregular analog vibrations, spectral components which are in the frequency range 10 ^-4 - 10 ⁶ Hz.

2. The method according to claim 1, characterized in that the voltage or currents of transient, for example exponential, processes in electrical circuits are used as irregular analog oscillations.

3. The method according to claim 1, characterized in that as the irregular analog vibrations use enhanced random processes in electrical circuits, for example flicker noise.