Электроника в биологии и в медицине . Радиоэлектроника в нашей жизни

Электрической энергией можно воздействовать на живую ткань, замедлять или ускорять интенсивность тех или иных процессов, происходящих в организме.

На рис. 13 показан снимок с экрана сложного электронного прибора — катодного осциллографа, предназначенного для исследования различных электрических процессов.

Рис. 13. Электрический ток при раздражении нерва лягушки, зарегистрированный на экране осциллографа.

Прибор зарегистрировал появление тока, возникшего при раздражении нерва лягушки, причем продолжительность этого явления составляла всего 2–3 тысячных доли секунды.

Ученые широко используют подобные приборы, исследуя жизнедеятельность различных органов и тканей животных и человека. Поскольку электрические токи, возникающие в тканях организма, очень малы, для их усиления применяют радиоусилители.

Многие медицинские учреждения нашей страны имеют кабинеты радиотерапии — так называется новая отрасль медицины, использующая токи низкой и высокой частоты и радиоволны как лечебное средство.

С помощью токов низкой частоты можно заставить мышцы человека периодически сокращаться и расслабляться. Такая электрогимнастика очень полезна при лечении некоторых видов параличей, ожирения и т. д.

Импульсы токов низкой частоты, если воздействовать ими на кору головного мозга, могут вызвать искусственный сон. Лечение искусственным сном применяется для борьбы с такими заболеваниями, как гипертония, неврозы и др.

Широко используются в медицинской практике и токи высокой частоты. Эти токи вырабатываются ламповыми генераторами, схема которых подобна схемам генераторов в передатчиках. Для лечения используются колебания от 500 тысяч до 1 миллиона колебаний в секунду. Больного помещают внутрь огромной катушки индуктивности, либо прикладывают к различным участкам тела металлические электроды. Эти электроды не что иное, как пластины конденсатора, входящего в колебательный контур.

Токи высокой частоты широко применяются при лечении ран, ожогов, язв, при головных болях. Они используются для прогревания различных внутренних органов человека, позволяя быстрее излечивать воспаление легких, плеврит и другие простудные заболевания. Положительные результаты дало применение токов высокой частоты для лечения различных заболеваний сердца и органов пищеварения.

Интересны опыты по применению в медицинской практике импульсов высокой частоты. Их создают электронные устройства, напоминающие передатчики радиолокаторов. Генераторы импульсного тока успешно применяются при оживлении мнимоумерших, для создания искусственного дыхания и во многих других случаях.

Мы уже говорили о стерилизующем свойстве токов высокой частоты, используемом для обработки загрязненных продуктов в пищевой промышленности. Это свойство начинает применяться и в медицине, Инструмент и хирургические материалы подвергают обработке токами высокой частоты. Тем самым ликвидируют опасность заражения во время операции.

В медицине применяют и самые короткие радиоволны, имеющие длину менее 10 метров. Облучение ими используется при лечении фурункулеза, флегмоны и т. д.

Трудно рассказать о всем многообразии электронных приборов, используемых в медицине и в биологии. Среди них — устройства, позволяющие определять размеры внутренних органов человека и животных; приборы, дающие возможность наблюдать на экране трубки работу сердца непосредственно у постели больного, портативные усилительные аппараты, возвращающие слух тугоухим, и т. д.

РЭНСИТ: Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии.

БЕЦКИЙ ОЛЕГ ВЛАДИМИРОВИЧ (22.03.1938, Москва, СССР)
д.ф.-м.н., проф., действительный член Российской академии естественных наук, http://www.raen.info

Адрес: ул. Введенского, 4, 141120, г.Фрязино Московской.области, Россия
Эл. адрес: [email protected]

Образование, ученые степени
Доктор физико-математических наук, Институт радиотехники и электроники (ИРЭ) им. В.А. Котельникова АН СССР (19…)
Кандидат физико-математических наук, Институт радиотехники и электроники (ИРЭ) им. В.А. Котельникова АН СССР (19…)
Диплом: Московский физико-технический институт (государственный университет), факультет …, кафедра … (19…)

Ученое звание
Профессор (19…)

История принадлежности
ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, http://www.cplire.ru, г. Москва, Россия (1980 — наст. вр.)

Научные интересы
Физическая электроника, биомедицинская радиоэлектроника…,

Академическая деятельность
ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, заведующий лабораторией … (с 19…)
Диссертационный совет Д 002.231.03 в ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, (с 19…)
Секция «Биологические эффекты миллиметрового излучения» Научного совета РАН по проблеме «Физическая электроника», председатель (с 19…)

Участие в редколлегиях
Журнал «Биомедицинская радиоэлектроника», ISSN 1684-1719, зам.гл.редактора
Журнал «Миллиметровые волны в биологии и медицине» ISSN 2070-0970, гл. редактор
Журнал «Радиотехника», ISSN 0033-8486, член редколлегии
Журнал «РЭНСИТ: Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии» ISSN 2218-3000, член редсовета

Избранные публикации
Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М.: Радио и связь, 1991.
Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Особенности медико-биологического применения ММ-волн. М.: ИРЭ РАН, 1994.
Khurgin Yu.l., Kudryashova V.A., Zavizion V.A., Betskii О.V. Millimeter Absorption Spectroscopy of Agueous Systems, 1994, p. 483-545. — В сб. «Relaxation Phenomena in Condensed Matter (Ed. W.Coffey). Advances in Chemical Physics. Vol. LXXXVTI.
Бецкий О.В., Путвинский А.В. Биологические эффекты ММ-излучения низкой интенсивности. Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. Электронные приборы СВЧ, 1986, 29(10):4-10.
Бецкий О.В. Миллиметровые волны в биологии и медицине. Радиотехника и электроника, 38(10):1760-1782.
Бецкий О.В., Лебедева Н. Н. Современные представления о механизмах воздействия низкоинтенсивных волн на биологические объекты. Миллиметровые волны в биологии и медицине, 2001, 3(24):5-19.
Бецкий О.В., Петров И.И., Тяжелов В.В. и др. Распределение электромагнитных полей миллиметрового диапазона в модельных и биологических тканях при облучении в ближней зоне излучателей. ДАН СССР, 1989, 309(1):230-233.
Петров И.Ю., Бецкий О.В. Изменение потенциала плазматических мембран клеток зеленого листа при электромагнитном миллиметровом облучении. ДАН СССР, 1989, 305(2):474-476.
Девятков Н.Д., Бецкий О.В., Кабисов Р.К. и др. Воздействие низкоэнергетического импульсного КВЧ- и СВЧизлучения наносекундной длительности с большой пиковой мощностью на биологические структуры (злокачественные образования). Биомедицинская радиоэлектроника, 1998, 1:56-62.
Бецкий О.В. Вода и электромагнитные волны. Биомедицинская радиоэлектроника, 1998, 2:34. Бецкий О.В., Лебедева Н.Н. Необычные свойства воды в слабых электромагнитных полях. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2003, 1:37-44.
Девятков Н.Д., Гуляев Ю.В., Белый Ю.Н. и др. Электрофизические основы и клинические применения диагностики и КВЧ-коррекции функциональных состояний человека. Радиотехника и электроника, 1995, 40(12):1887-1899.

Премии и гранты
Лауреат Государственной премии РФ (1998)
Гранты РФФИ, Минобрнауки РФ, INTAS, ISTC и т.д

исследователей Массачусетского технологического института контролируют биологические материалы с помощью радиоволн | MIT News

КЕМБРИДЖ, Массачусетс. Это не совсем «ET, позвоните домой», но исследователи из Массачусетского технологического института сообщают в выпуске Nature от 10 января, что они могут «говорить» с биомолекулами ДНК с помощью радиоволн.

Цель состоит в том, чтобы научить биологические материалы действовать для различных целей. Когда-нибудь биологические машины могут быть использованы для выполнения вычислений, сборки компьютерных компонентов или станут частью компьютерного оборудования или схем. Радиоуправляемая биология может привести к созданию одноатомных или одномолекулярных машин или способности подключать крошечные антенны к живым системам, чтобы включать и выключать гены.

«Недавние исследования позволили по-новому взглянуть на сложность, точность и эффективность биомолекулярных машин на молекулярном уровне, вдохновив на разработку физических и химических манипуляций с биологическими системами», — сказал Джозеф М. Джейкобсон, доцент Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института. и автор исследования. «Манипуляция ДНК интересна тем, что недавно было показано, что она может использоваться в качестве исполнительного механизма (компонента жесткого диска) и может использоваться для выполнения вычислительных операций».

Исследователи Массачусетского технологического института предсказывают, что радиочастотная (РЧ) биология будет иметь широкий спектр приложений. Поскольку практически все биологические молекулы могут быть связаны с золотом или другими полупроводниковыми наночастицами, этими молекулами можно управлять с помощью электроники, дистанционно, обратимо и точно, говорит Шугуан Чжан, заместитель директора Центра биомедицинской инженерии Массачусетского технологического института и один из авторов исследования. По его словам, такие системы будут иметь большое значение для точного анализа молекулярных взаимодействий и образований.

ОДНОАТОМНЫЕ МАШИНЫ

Джейкобсон, глава группы молекулярных машин в Media Lab, имеет опыт работы в квантовой физике. Он заинтересовался использованием биологии в качестве инструмента для создания машин нанометровой длины. Конечная цель, по его словам, — это машина на уровне одного атома или одной молекулы.

Трудно производить компьютерные чипы намного меньше 30 нанометров, но у биологии есть отличный опыт создания крошечных работоспособных систем. Сама ячейка представляет собой феноменальную маленькую машину с собственным источником питания и памятью. «Если нас интересуют машины молекулярного масштаба, биология — прекрасное место для начала», — сказал Джейкобсон.

Он работал с исследователями из Центра биомедицинской инженерии Массачусетского технологического института, чтобы прикрепить крошечные радиочастотные антенны — металлический нанокластер из менее чем 100 атомов — к ДНК.

Когда радиочастотное магнитное поле передается в маленькие антенны, молекула заряжается энергией и отвечает.

Гибридизация представляет собой процесс соединения двух комплементарных цепей ДНК или по одной из ДНК и РНК с образованием двухцепочечной молекулы. При дегибридизации нити раскручиваются. Используя эту технику, исследователи дегибридизировали двухцепочечную ДНК за считанные секунды. Переключение обратимо и не влияет на соседние молекулы.

Нанокристаллы могут быть присоединены к белкам, а также к нуклеиновым кислотам. Это открывает возможность переключения более сложных процессов, таких как ферментативная активность, биомолекулярная сборка, экспрессия генов и фолдинг белков. По словам Джейкобсона, функция компонентов клеток и сам жизненный цикл клетки могут регулироваться электронным способом с помощью радиочастоты.

Цель состоит в том, чтобы превратить молекулы в системы, которые включаются и выключаются в зависимости от получаемых электронных команд. Возможно, когда-нибудь удастся подключить антенны к живым системам и включать и выключать гены. «Уже есть многочисленные примеры нанокристаллов, прикрепленных к биологическим системам для целей восприятия», — сказал соавтор Кимберли Хамад-Шифферли, научный сотрудник медиа-лаборатории Массачусетского технологического института. «Однако мы не встречали примеров, когда они использовались бы как средство управления биологией».

В ПОИСКАХ КОНЕЧНЫХ ОТВЕТОВ

«Развитие молекулярной биологии стало свидетелем множества способов создания новых инструментов, ускоряющих раскрытие тайн природы», — сказал Чжан. «Регулирование биомолекул с помощью электронного радиочастотного контроля представляет собой новое измерение в биологии».

Изысканно точный электронный контроль биологической регуляции, вероятно, будет становиться все более и более важным для понимания сложных молекулярных взаимодействий в мельчайших деталях, потому что в настоящее время нет другого способа добиться точного локального контроля, не нарушая соседние молекулы. Он сравнил уровень общения с использованием мобильного телефона для передачи сообщения одному человеку в толпе.

«Радиочастотная биология предоставляет нам некоторые экстраординарные инструменты и беспрецедентно точный контроль для изучения биомолекул и их взаимодействий. Эти новые инструменты и технологии, несомненно, ускорят и усовершенствуют наши знания в мельчайших деталях. большие и глубокие вопросы, но и получить окончательные ответы в биологии», — сказал Чжан.

Помимо Джейкобсона, Хамада и Чжана, авторами исследования являются Джон Дж. Шварц, бывший научный сотрудник Центра биомедицинской инженерии Массачусетского технологического института, который сейчас работает в компании engeneOS в Уолтеме, штат Массачусетс, и студент Массачусетского технологического института Аарон Сантос. Джейкобсон и Чжан также связаны с engeneOS, которая разрабатывает и производит программируемые биомолекулярные устройства, состоящие из натуральных и искусственных материалов, для коммерческого применения.

Эта работа финансируется Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и консорциумом Things That Think в MIT Media Lab.

Поделиться этой новостной статьей:

• Медиа-лаборатория Массачусетского технологического института
• Природа
• Центр биомедицинской инженерии

ЭЛЕКТРОНИКА И БИОЛОГИЯ | JAMA

ЭЛЕКТРОНИКА И БИОЛОГИЯ | ДЖАМА | Сеть ДЖАМА [Перейти к навигации]

Эта проблема

• Скачать PDF
• Полный текст

• Поделиться

  Твиттер Фейсбук Эл. адрес LinkedIn

• Процитировать это
• Разрешения

Артикул

2 августа 1958 г.

Дэвид Сарнофф

Принадлежности автора

Нью-Йорк

Председатель правления, Radio Corporation of America.

ДЖАМА. 1958;167(14):1778-1782. дои: 10.1001/jama.1958.729

032017

Полный текст

Абстрактный

Благодаря своей удивительной универсальности электроника оказала влияние практически на все аспекты человеческого существования. Это включает в себя область здоровья и лечения, где электроника уже внесла значительный вклад и где ее возможности в будущем кажутся еще большими.

Родство электроники и биологии Чем больше мы исследуем их отношения, тем больше нас впечатляет родство электроники и биологии. Оба сильно зависят от физики и химии и представляют собой явления, которые можно понять, только если понять структуру атомов и силы внутри них и между ними. Каждый из них все больше зависит от тщательного изучения твердого, жидкого и газообразного состояний материи.