Применение кремниевых источников терагерцевого излучения в медицине

УДК 615.8

Н. Т. Баграев, Л. Е. Клячкин, А. М. Маляренко, Б. А. Новиков

Применение кремниевых источников терагерцевого излучения в медицине

Ключевые слова: инфракрасное и терагерцевое излучение, оптическое стимулирование биохимических реакций, физиотерапия, аппарат «ИК-Диполь», панельный эмиттер «Инфратератрон».

Keywords: infrared and terahertz irradiation, optical pumping, biochemical reactions, physiotherapy, device „IR-Dipole", panel emitter „Infrateratron".

Инфракрасное и терагерцевое излучение начинает все интенсивнее использоваться при создании новых типов диагностической медицинской аппаратуры, охранных и контролирующих систем, используемых, в частности, в рамках антитеррористических программ. Однако в последнее время становится ясно, что инфракрасное излучение, модулированное в те-рагерцевом диапазоне, представляет интерес при создании приборов для терапевтического лечения и профилактики различных заболеваний, поскольку большинство важнейших биохимических реакций в человеческом организме может быть оптически стимулировано именно в этом частотном интервале электромагнитного излучения. Разработанный для практической реализации этих задач аппарат «ИК-Диполь» генерирует излучение дальнего ИК-диапазона с длинами волн 1—700 мкм с те-рагерцевой модуляцией 40 ГГц — 3,5 ТГц во всем спектре излучения. Основой для создания прибора стала разработка блока гибких технологических процессов в рамках кремниевой планарной нанотехнологии. Дальнейшее развитие этого направления кремниевой опто- и наноэлектроники позволило разработать и изготовить панельный эмиттер «Инфратера-трон», с помощью которого можно лечить ожоги большой площади в сочетании с антишоковым воздействием, а также тяжелые формы демиелинизирующих заболеваний центральной нервной системы.

Введение

ТГц-излучение охватывает диапазон 100 ГГц — 30 ТГц (длины волны 3 мм — 10 мкм). Этот диапазон граничит с микроволновым диапазоном и простирается на дальний и средний ИК-диапазоны (рис. 1).

Еще совсем недавно для генерации ТГц-излуче-ния использовали громоздкую и дорогостоящую аппаратуру, подобную лазерам на свободных элек-

тронах, лампам бегущей волны или термическим источникам слабого некогерентного излучения. Детектирование ТГц-излучения было технически сложной задачей, поскольку требовало приме-ненния охлаждаемых жидким гелием болометров с низким уровнем шума. Отсутствие надежных ТГц-излучателей и ТГц-детекторов привело к тому, что эта область спектра в литературе получила обозначение «терагерцевой щели», т. е. запрещенной зоны. Интересно, что терагерцевая щель проявляется в спектре пропускания земной атмосферы (атмосферные окна) (рис. 2), так как ТГц-составляющая спектра космического излучения полностью поглощается атмосферой. В последнее время прогресс в области нанотехнологии полупроводников и сверхпроводников позволил создать твердотельные приборы, способные излучать и детектировать в ТГц-диапазоне [1, 2]. Таким образом, прежде недоступная область спектра стала доступной и таит в себе огромный потенциал применений, особенно в медицине.

ТГц-кванты имеют намного меньшую энергию, чем рентгеновские и не представляют ионизационной опасности для биотканей. На первый взгляд может показаться нереальным, что чрескожное воздействие излучением дальнего ИК-диапазона может стимулировать терапевтический эффект, поскольку на глубине несколько сотен микрометров от поверхности кожи его интенсивность ослабляется в тысячу раз. Однако, как будет показано ниже, даже приникающее излучение мощностью десятки-сотни нановатт эффективно воздействует на

Частота, Гц

108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020

. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 К

Радио- Микро- Терагерцы Ультрафиолет Рентген s Гамма-лучи

волны волны ИК-диапазон^

4 1 1 1 Il II 1 II

100 101 102 10-3 10-4 10-5Д0-в 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11

Видимый Длина волны, м

Рис. 1 \ Спектр электромагнитного излучения

0,3 мкм 1,0 мкм 10 мкм 100 мкм 1 мм 1 м

Длина волны

Рис. 2 \ Спектр пропускания земной атмосферы

ход важнейших биохимических реакций. Особенно следует подчеркнуть беспрепятственное прохождение ТГц-излучения через костную ткань. Кроме того, ТГц-излучение возбуждает вращательные и колебательные моды белков, связи внутри которых «трясутся» в ТГц-частотном диапазоне [3].

Наибольший интерес для лечения тканей представляет сочетание ТГц- и ИК-излучений, поскольку ИК-составляющая может стимулировать важнейшие биохимические реакции в человеческом организме, а ТГц-составляющая обеспечивает резонансный эффект данного воздействия вследствие отмеченной выше «тряски» связей в белковых молекулах. Это сочетание можно реализовать аналогично широко применяемому в радиотехнике принципу синхронного детектирования в диапазоне радиоволн, при котором КВ-излучение (высокая частота) модулировано ДВ-излучением (низкая частота). Понятно, что в случае оптического диапазона длин волн более коротковолновое ИК-излучение должно быть модулировано более длинноволновым ТГц-излучением. Преимущества такого симбиоза очевидны, но до последнего времени техническая реализация этих источников была невозможна. Однако разработанная нами группа гибких кремниевых нанотехнологий позволила создать эффективные ИК-излучатели в широком диапазоне длин волн с ТГц-модуляцией во всем спектре излучения. Перспективам таких приборов в практической медицине посвящена данная статья.

ния и излучения человеческого тела во внешнюю среду.

На рис. 3 показано спектральное распределение солнечного излучения, которое достигает земной поверхности в солнечный день. Для сравнения приведено также распределение излучения человеческого тела (при температуре кожного покрова 32 °С) во внешнюю среду с температурой 20 °С [4].

Левая энергетическая шкала соответствует солнечному излучению, правая — излучению человеческого тела. Во-первых, следует отметить значительное различие значений суммарной энергии, которая определяется площадью под кривыми спектральных зависимостей. Для солнечного излучения она достигает 800 ккал/(м2 • ч) на поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам, а полное излучение поверхности человеческого тела, измеренное в лабораторных условиях, составляет не более 20 ккал/(м2 • ч). Во-вторых, следует отметить, что две кривые лежат в совершенно разных областях спектра, которые не перекрываются. Основной вклад в солнечную энергию, которая достигает земной поверхности, вносит излучение с длинами волн 0,3—2,8 мкм. При этом значительная часть УФ- и ИК-излучений либо поглощается, либо фильтруется атмосферой. Расчет спектрального распределения излучения человеческого тела показывает, что оно почти полностью лежит в интервале длин волн 3—40 мкм с максимумом при 9,5 мкм, что хорошо согласуется с данными экс-

1. Механизмы воздействия ИК-и ТГц-излучений на биообъекты

Известно много работ по влиянию ИК-излучения на организм человека, но все они ограничиваются чисто тепловыми эффектами. Как правило, в этих исследованиях используется широкий спектр нагревательных ламп ближнего ИК-диапазона, максимум спектральных характеристик которых находится вблизи 1 = 1 мкм. Однако такое излучение человек в изобилии получает от Солнца. Поэтому, чтобы оценить терапевтическое влияние ИК-излучения в зависимости от длины волны, необходимо провести сравнительный анализ спектральных распределений солнечного излуче-

15

10

нм

^ <

> Ч

ла П м

К м

5

1,0 10,0 Длина волны, мкм

й •

м ^ ф

и •

О oq лм

Ф w

Ч

а к к

Рис. 3

Спектральное распределение солнечного излучения, достигающего земной поверхности в ясный день (Солнце в зените), и излучение кожи человека (Т = 32 °С) в окружающую среду, находящуюся при Т = 20 °С

0

1,2

1,0

§ 0,6

0,4

0,2

3 6 9 12 Длина волны, мкм

15

Рис. 4

Спектральное распределение термического излучения кожи руки и экспериментального черного тела

перимента по регистрации ИК-излучения с поверхности человеческого тела [4] (рис. 4).

Отмеченное различие спектральных кривых излучения Солнца и кожи человека делает необходимым изучение отражательной способности и пропускания человеческого тела в видимом и ближнем ИК-диапазонах (0,3—3,5 мкм) и в ИК-области (3,5— 40 мкм). В видимом и ближнем ИК-диапазонах измерение диффузного отражения от поверхности человеческого тела затруднено, поскольку в этой области кожа человека почти прозрачна и излучение отражается от очень неоднородных слоев в дермисе и эпидермисе. Тем не менее были получены воспроизводимые спектры отражения излучения поверхностью тела европеоида и негроида (рис. 5) [4].

Полученные данные показывают, что значительная часть солнечного излучения отражается от поверхности человеческого тела, тогда как ИК-излучение, лежащее в спектральном диапазоне излучения его кожного покрова (3,5—40 мкм), углубляется до нескольких сантиметров, хотя, как отмечено выше, значительно ослабляется. Именно этот спектральный диапазон ИК-излучения играет важнейшую роль в жизнедеятельности и развитии человеческих клеток. Поэтому особенно важно из-

70 60 50 40 30 20 10 0

0,2 0,4 1,0 2,0 4,0 10,0 20,0 Длина волны, мкм

Рис. 5

Спектральное распределение света (средние значения), отраженного кожей европеоида и негроида

учение механизмов влияния ИК-излучения с длинами волн 3,5—56 мкм на процессы энергообмена в клетках, которые основаны на биохимических реакциях катаболизма и анаболизма. В анаболических реакциях происходит синтез необходимых клетке биохимических веществ (белков, углеводов, жирных кислот и т. д.), а в реакциях катаболизма — разложение сложных веществ, поступивших в организм с пищей. Было обнаружено, что облучение ИК-излучением с энергией 0,02—0,3 эВ приводит к активации анаболических процессов и процессов транспорта в клетке. В частности, усиливаются синтез белка, захват кислорода ионами железа в гемоглобине и миоглобине, перенос ионов металлов через клеточные мембраны [5]. Ниже предлагаются возможные механизмы воздействия ИК-излучения на живые клетки.

Как известно, процессы синтеза сложных биомолекул из простых предшественников сами по себе термодинамически невыгодны, т. е. изменение свободной энергии Гиббса АО в таких реакциях положительно. Поэтому их протекание должно сопровождаться какими-то термодинамически выгодными реакциями с большим отрицательным АО. Такой реакцией в большинстве случаев является гидролиз АТФ (аденозинтрифосфат) или реже ГТФ (гуанозинтрифосфат).

АТФ представляет собой этерифицированный трифосфорной кислотой по ОН-группе рибозы ну-клеид аденин. Он может быть гидролизован с образованием АДФ и неорганического фосфата Ф:

АТФ + Н2О = АДФ + Ф;

ОН ОН ОН

Эта реакция протекает с выделением большого количества энергии (0,54 эВ). АДФ может быть вновь превращен в АТФ путем присоединения фосфатной группы за счет солнечной (при фотосинтезе) или химической энергии.

ГТФ, необходимый, например, при биосинтезе белка и его транспорте через мембрану, образуется из АТФ и ГМФ (гуанозинмонофосфат) в две стадии:

ГМФ + АТФ = ГДФ + АДФ;

ГДФ + АТФ = ГТФ + АДФ.

Следует отметить, что эта реакция имеет важнейшее значение для транспорта белков между мембранами внутри клетки, а также вне ее. На

0

начальной стадии этого процесса белки, формирующиеся в эндоплазматической сети, сортируются и помещаются в пузырьки-контейнеры, находящиеся на внутренних мембранах (рис. 6) [6]. В процессе транспортировки этот пузырек отпочковывается и переносится внутри клетки, после чего пристает к нужной мембране и сливается с ней. Важно, что транспорт белков осуществляется благодаря наличию на поверхности пузырьков молекул гуа-нозинтрифосфата, которые возникают под действием фермента (инсулина), стимулирующего присоединение фосфатной группы к гуанозиндифосфату [6] (рис. 6). В процессе транспортировки пузырька ГТФ конвертируется в ГДФ, что сопровождается выбросом одного из фосфатов («фосфорная бомба»), вследствие чего выделяется энергия для транспортировки пузырьков в цитоплазме. Основной проблемой является жесткая необходимость инсулина, который стимулирует производство ГТФ. В случае его недостатка транспортировка белков резко затрудняется, непереработанный сахар накапливается в клетках, в результате возрастает содержание сахара в крови, что классифицируется как один из признаков диабетической болезни.

Роль ИК-облучения в стимулировании подобных реакций метаболизма при недостатке ферментов двоякая. Во-первых, энергия квантов излуче-

ния может использоваться клеткой вместо энергии гидролиза АТФ. Альтернативное предположение состоит в том, что поглощение света не заменяет такой гидролиз, но ускоряет его протекание и, следовательно, протекание сопряженных с ним метаболических реакций.

Первая возможность связана с предположением роли а-спиральных белковых молекул в процессе переноса энергии гидролиза АТФ (рис. 7). Такое предположение было высказано в начале 1980-х годов в связи с тем, что точки, в которых происходят гидролиз и потребление его энергии, зачастую разделены расстояниями, значительно превышающими межатомные [7]. Для эффективного переноса на столь большие расстояния необходимо посредничество линейных белковых молекул. Энергия переносится вдоль цепи из пептидных групп (колебание Амид I) (рис. 7). Энергия таких колебаний составляет 0,21 эВ и для их возбуждения достаточно энергии гидролиза АТФ (0,54 эВ). Большая длительность жизни возбуждений в такой системе по сравнению с длительностью их жизни на изолированной пептидной группе (10-12 с) объясняется возможностью образования солитонов — связанных состояний внутрипептидных колебаний и колебаний цепочки как целого. Солитон представляет собой сохраняющую форму уединенную волну, рас-

Cargo

Budding

Completed Fusion vesicle

ATP + GDP ^ ADP + GDP

GTP

GDP

Coatomer

Phosphate

Vesicle ready to fuse with target

Рис. 6

Транспорт пузырьков-контейнеров, содержащих белки, между биологическими мембранами благодаря наличию на их поверхности молекул гуанозинтрифосфата (ГТФ), рождение которых может быть оптически стимулировано вследствие реакции АТФ + ГДФ => АДФ + ГТФ. Пузырьки контейнеров перемещаются между биологическими мембранами благодаря наличию «реактивной тяги», которая возникает в процессе трансформации ГТФ в ГДФ (1 => 5). Оптимальный спектральный диапазон для оптического стимулирования реакции получения ГТФ показан на рис. 10

пространяющуюся вдоль белковой молекулы. Он не подвержен дисперсии и не теряет энергию [7].

Возбуждение солитонов может происходить не только химически, но и оптически. Такие солито-ны способны приходить в участки, на которых потребляется энергия, необходимая для метаболизма, и увеличивать их интенсивность. Время жизни солитона напрямую зависит от числа пептидных групп, вовлеченных в его формирование при оптическом облучении, например в спектральном диапазоне возбуждения водородной связи [0,1650,3 эВ, что соответствует интервалу длин волн ИК-диапазона: 4-7,5 мкм, внутри которого находится значение энергии колебаний линейных молекул (см. выше)]. Так, в случае участия трех пептидных групп время жизни солитона равно 0,5 с, при участии шести пептидных групп — 41 с, а при вовлечении девяти пептидных групп, общий размер которых гораздо меньше диаметра оптическо-

б)

углерод;

кислород;

водород;

А, В, С — радикалы;

# — азот; К — аминокислотные остатки;

- водородная связь

Рис. 7

Участок а-спиральной белковой молекулы с захваченными кислородсодержащими радикалами (а), которые могут быть удалены с помощью ИК-излучения с ТГц-модуляцией (б), стимулирующего рождение солитонов — уединенных волн, распространяющихся вдоль белковой молекулы (в). Оптимальный спектральный диапазон для оптического стимулирования рождения солитонов вследствие возбуждения водородных связей показан на рис. 10

го луча, время жизни солитона, соответствующего колебаниям в а-спиральных белковых молекулах при оптическом возбуждении водородной связи, составляет 22,5 мин! Действие оптически рожденных солитонов, которые являются идеальными переносчиками энергии гидролиза молекул АТФ вдоль а-спиральных белковых молекул практически без потерь, может быть многократно усилено, если генерирующий их свет будет модулирован в ТГц-диапазоне «тряски» связей внутри радикалов (И) (рис. 7), входящих в состав белковых молекул [3]. В этом случае оптическое возбуждение и транспорт солитонов могут стимулировать удаление кислородсодержащих радикалов, захваченных поврежденными участками белковых молекул (рис. 7), что важно для практической медицины.

Следует отметить, что оптически индуцированные солитоны могут прямо воздействовать на гидролиз АТФ (рис. 8). В этом случае ИК-излучение возбуждает экситон в системе АТФ, транспорт которого в кольце аденозина приводит к формированию солитона с последующим возрастанием вероятности «отстрела» фосфатной группы: АТФ + + ИК-излучение => АДФ + Ф. Этот процесс резко усиливается при использовании ТГц-модуляции ИК-излучения, что проявляется, например, в оптически стимулируемом транспорте ионов через биомембраны в режиме «калий-натриевого насоса» [5].

В рамках вышеописанных механизмов ИК-излучение может быть использовано для увеличения эффективности связывания кислорода в гемоглобине и миоглобине крови. Молекулы миоглоби-на и гемоглобина содержат соответственно один и четыре атома железа, которые находятся в центре группы атомов, называемой гемом (рис. 9).

Гем представляет собой ферропротопорфирин — порфириновый комплекс двухвалентного иона железа. Ион Ее2+ имеет шесть ^электронов и располагается недалеко от центра плоского порфирино-вого кольца. В этом кольце ион Ее2+ удерживается координационными связями с четырьмя атомами азота. Пятая координационная связь направлена перпендикулярно к плоскости кольца и связывает ион железа с атомом азота остатка аминокислоты гистидина белковой группы молекулы. Шестая координационная связь либо свободна, либо связывает молекулу кислорода. Один гем не присоединяет молекулярный кислород: только специфическое окружение белком (глобином) делает такое обратимое присоединение возможным.

Обратимое присоединение молекулы кислорода к иону железа в геме называется оксигенацией. В свою очередь, освобождение молекулы кислорода называется деоксигенацией. При оксигенации ион Ее2+ в геме переходит в нулевое спиновое состояние (все шесть электронов попарно спарены) и смещается в плоскость порфиринового кольца. При освобождении молекулы кислорода ион Ее2+ выступает из плоскости порфиринового кольца на

№ 5(41)/2015"|

биотехносфера

Клиническая медицина

Adenosinetriphosphate

/ НС

N-

Н Н

s / N

I

а

«

hv

сн2-о—р—о-р—О-р-ОН

С-С Н

Adenosine

Adenosine

ООО н н н

ATP + GDP % ADP + GDP

it п к

-О—Р-0-Р-ОН+ но-р-он

I I I

0 0 О

н н н

Рис. 8

АТФ-антенна ИК-излучения с ТГц-модуляцией. В результате «приема» ИК-излучения в кольце аденозина возбуждается экситон с последующим рождением солитона и «отстрелом» фосфатной группы. Таким образом, осуществляется оптически стимулируемый гидролиз АТФ, в результате которого могут рождаться молекулы ГТФ, ответственные за транспорт белков между биологическими мембранами. Оптимальный спектральный диапазон для оптического стимулирования гидролиза АТФ показан на рис. 10

СН,

сн,

СН,

н,с

о=с

Н,С-(СН2)-СН-(СН2)—с-н

I I

но—сн2 СН3 СН3 д. р

/YYV

ООС-СН2

сн^соо-

Оксигенация

Деоксигенация

Рис. 9

Структура иона Fe2+ внутри гема. Ион Fe2+ имеет спин, равный 2, и смещен перпендикулярно к плоскости порфиринового кольца на 0,8 ангстрема. В процессе захвата молекулы кислорода ион Fe2+ смещается в плоскость порфиринового кольца, приобретая спин, равный 0. Оптимальный спектральный диапазон для оптического стимулирования реакции оксигенации показан на рис. 10

0,8 ангстрема в направлении азота остатка аминокислоты гистидина и увеличивает свой спин до 2.

Реакция присоединения кислорода сопровождается изменением цвета крови. Гемоглобин, содержащий кислород, называют оксигемоглобином. Он придает крови алый цвет. Гемоглобин без кислорода имеет более темный цвет. В процессе ИК-облучения внутри порфиринового кольца возникает экситон (рис. 9), транспорт которого приводит к образованию солитона с последующим конформаци-онным изменением в геме, вследствие чего уменьшается расстояние между ионом Fe2+ и атомами азота. В результате этого процесса стимулируется

интенсивный захват молекулы кислорода ионом Fe2+, сопровождаемый разрушением солитона. Данный процесс, как и описанные выше, резко усиливается при ТГц-модуляции ИК-излучения, частота которой соответствует «тряске» связей внутри порфиринового кольца. Следует отметить, что непрерывное ИК-облучение приводит к резкому росту концентрации оксигемоглобина, время насыщения которой соответствует времени жизни солитона и может достигать 22,5 мин.

Интересно, что спектральные диапазоны для оптимального стимулирования ИК-излучением обсужденных выше важнейших биохимических

Клиническая медицина

Спектральные области возбуждения реакций

3,0 mm 5,0 mm

С =

10 mm

Водородная связь

20 mm

Частотный интервал модуляции в спектре возбуждений реакций: водородная связь

2,5-3,0 ТГц

АТФ + ГДФ ^ АДФ + ГТФ 1,25-3,25 ТГц оксигенация 3,0-3,5 ТГц АТФ-антенна 1,25-3,25 ТГц

30 mm

АТФ-антенна

hv

АТФ + ГДФ ^ АДФ + ГТФ

Оксигенация

Рис. 10

Спектры оптимального возбуждения важнейших биохимических реакций ИК-излучением с терагерцевой модуляцией в сравнении со спектрами пропускания ИК-атмосферных окон в атмосфере Земли

реакций хорошо коррелируют с позициями ИК-атмосферных окон в спектре пропускания атмосферы Земли (рис. 10).

2. Техническая реализация ИК-излучателей с ТГц- модуляцией

Задача получения излучения дальнего ИК-диапазона, модулированного в ТГц-диапазоне, была успешно решена с помощью твердотельных излу-

чателей, изготовленных по кремниевой нанотехно-логии на основе монокристаллического кремния. Такие излучатели представляют собой управляемые генераторы ИК-излучения дальнего диапазона длин волн (1-700 мкм) с ТГц-модуляцией во всем спектре излучения. Решение этой задачи стало возможным благодаря реализации квантово-размер-ных р—я-переходов на поверхности монокристаллического кремния с глубиной 20-30 нм, которые содержат каскады сверхузких кремниевых квантовых ям (СККЯ) шириной 2 нм, ограниченных дель-

а)

б)

Напряжение исток-сток

Ток исток-сток

Г Напряжение Ток

затвора затвора

\

Микрорезонатор .-tjf.............

(ИК-диапазон) /Ж

s Л г- ^

н

ухЯ У^ ^

2500 2000 1500 1000 500

Микроволновый резонатор

n-Si n+-Si

Дельта-барьеры

п

Рис. 11

ИК-излучатель, выполненный в геометрии холловского мостика на основе сверхузкой кремниевой квантовой ямы (СККЯ) р-типа проводимости, ограниченной дельта-барьерами на поверхности монокристаллического кремния я-типа (а) со встроенными микрорезонаторами, настроенными на длины волн из спектрального ИК-диапазона биохимических реакций; фрагмент СТМ изображения (б) показывает микрорезонатор для стимулирования ИК-излучением реакций в гемоглобине (см. рис. 10); при варьировании расположением и размерами контактов предусматриваются возможности для реализации микроволновых резонаторов (в) для модуляции ИК-излучения в тера- и гигагерцевом частотных диапазонах

а)

V, ТГц

50

0,030

30 "Г

з

<й £

Н

20

8 10 12 14 16 18

1,

20

30

40

1,

50

60

г)

V, ТГц

100

150

200

200

300

400

500

1,

1,

600 700

Рис. 12

Спектральные характеристики кремниевого ИК-излучателя с терагерцевой модуляцией. Аппарат генерирует ИК-излучение непрерывного спектра в диапазоне от 1 до 700 мкм, модулированное в частотном диапазоне 40-1200 ГГц, который соответствует частотам колебаний связей в белковых молекулах

а)

0,00

Рис. 13

54

56

58 1,

60

62

б)

. 0,10

0,05

0,00

90

100

1,

110

120

Спектральные характеристики кремниевого ИК-излучателя со встроенными терагерцевыми микрорезонаторами, которые проявляются путем регистрации расщепления Раби в соответствующем частотном диапазоне

0,00

200 220

1,

6

биотехносфера

| № 5(4!)/2015

z

io

in

KJ

o in

cn s

0

rü

X

1

o

n -&

IT) TD QJ

^ s

^ m

k s

a 3 ? >«

'S Ä 2 a

n S

çu Sa œ H

•a

.. S §

§ ^ 1 s a *

J

g ?

O i—

N M

o Ä

i o

o

a ^

Ä ¡a

S Ä s

s

Phase Shift n

I

o

© o

©

CH

Phase Shift n I I I

KO o o o o

o o

to oo

• M-- (O <-i 1 ß   -  ' a : - 120 ITn; 1 : i

1   V L. _  >

EL Intensity, a. u.

a. U. EL Intensity, a. u

o o o o o O o

o o o o o o oo o o CD o o o

EL Intensity, a. u. o o o o

EL Intensity, a. u.

© ©

© ©

© ©

© ©

Shift 0,0003 a. u.

EL Intensity, o o

Shift 0,0003 a. u. < ^ a

a. u.

s

X

s

X ID

n £

>

s c s

X

01

та-барьерами шириной 3 нм (рис. 11). В процессе протекания тока через каскад СККЯ возникает интенсивное ИК-излучение, спектральная характеристика которого отражает резонансный характер оптических переходов между уровнями размерного квантования (рис. 12, а—г, 13, а—в и 14).

Одновременно нанотехнология таких квантово-размерных р—^.-переходов позволяет, используя процессы самоорганизации встроенных в их плоскость наноструктур, формировать систему фрактальных микрорезонаторов (см. рис. 11, б и в), настроенных на характерные длины волн ИК-излучения, что делает возможным многократное усиление его интенсивности. Кроме того, разработанная нанотехнология получения дельта-барьеров, ограничивающих сверхузкие СККЯ, позволяет использовать их в качестве генераторов ТГц- и ГГц-излучения, которое, в свою очередь, модулирует ИК-излучение (рис. 13, а, б и 14). Глубина ТГц-модуляции может быть резко усилена, если создать систему микроволновых резонаторов, варьируя геометрические размеры приборной структуры и распределение в ней электрического поля в условиях напряжения, приложенного к контактам, выполняющим роль затворов (аналогично реализации оптического транзистора) (рис. 11 и 14).

3. Аппарат для длинноволновой ИК-терапии «ИК-Диполь»

Разработанная нанотехнология получения кремниевых ИК-излучателей представляет собой новую версию ангстремной планарной технологии. Эта на-нотехнология на современном этапе развития кремниевой наноэлектроники должна заменить известную субмикронную технологию и может оказаться актуальной для целого ряда кремниевых приборов (процессоры, микрохолодильники, излучатели, фотодиоды и светодиоды), а также стать базисом НИОКР по разработке микрорезонаторов на различные длины волн в видимом и ИК-диапазонах.

Во второй половине 1990-х годов нами была разработана малогабаритная терапевтическая аппаратура «ИК-Диполь» (рис. 15-18), которая успешно используется в травматологии и спортивной медицине, а также для лечения ангеопатии при сахарном диабете, трофических язв и пролежней, неосложненной и хронической язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, артрозов, пародон-тозов, термических и радиационных поражений кожного покрова, рубцовых постхирургических деформаций. Следует отметить, что все системы, используемые в практической медицине, излучают в ближнем ИК-диапазоне (не более 3 мкм), тогда как аппарат «ИК-Диполь» излучает в дальнем ИК-диапазоне (1-700 мкм), который соответствует энергетическому диапазону биохимических реакций в человеческом организме (см. рис. 10).

Рис. 15 \ Аппаратура инфракрасной терапии «ИК-Диполь»

Рис. 16 Модификация

аппарата

«ИК-Диполь»

для лечения

карпального

синдрома

Рис. 17 \ Лечение артроза суставов пальцев с помощью аппарата «ИК-Диполь»

Рис. 18

Лечение артроза локтевого сустава с помощью аппарата «ИК-Диполь»

Аппаратура не имеет мировых аналогов. Технология и метод запатентованы в 1994 г., разработка защищена российским и международным патентами.

Методики терапии с помощью аппарата «ИК-Диполь» разработаны и апробированы во многих учреждениях Санкт-Петербурга и Москвы, среди которых следует выделить Военно-медицинскую академию им. С. М. Кирова, Первый медицинский университет им. акад. И. П. Павлова, 1-ю Градскую больницу Москвы. Кроме того, аппаратура использовалась для восстановления иммуногенных связей и физиологических характеристик организма после длительного умственного напряжения и больших физических нагрузок. Стимулирующее воздействие методик на основе облучения дальним ИК-излучением продемонстрировано активизацией процессов кровообращения в конечностях и усилением функциональной активности организма для различных групп спортсменов высшей квалификации.

Ниже представлены результаты: снижение уровня сахара и увеличение уровня гемоглобина в крови пациентов при использовании аппарата «ИК-Диполь», спектр излучения которого охватывает спектральный диапазон оптически стимулируемых реакций получения ГТФ и оксигенации (см. рис. 10). Облучалось предплечье правой руки. В процессе облучения осуществлялись контрольные заборы крови для измерения уровней сахара и гемоглобина. Соответствующие кинетические зависимости представлены на рис. 19.

Обнаружено, что кривая снижения сахара в крови пациентов описывается аналитическим выражением

I(t) = Iin - Ilast (1 —e-i/t),

где I(t) — уровень сахара в крови пациента во время ИК-облучения; Iin — начальный уровень сахара

б)

120

110

ч чд

Í4 §

g 100

о M Й ч

1-ч

90

80

0 10 20 30 40 50 60 Время, мин

0 10 20 30 40 50 60 Время, мин

Рис. 19

Динамика изменения уровней сахара (а) и гемоглобина (б) в крови пациента во время облучения с помощью аппаратуры «ИК-Диполь»

в крови пациента перед ИК-облучением; /¡ast — установившийся уровень сахара в крови пациента после окончания ИК-облучения; t — время; t — постоянная времени.

Таким образом, кинетика снижения сахара при воздействии аппарата «ИК-Диполь» не очень сильно зависит от стадии развития диабета. Постоянная времени t, характеризующая кинетику спада уровня сахара в крови пациента, определенная из зависимостей на рис. 19, a, оказалась равной 22,5 мин. Это свидетельствует в пользу важной роли солитонов в биохимических реакциях в человеческом организме. Данное значение t также хорошо описывает соответствующие кинетические зависимости увеличения уровня гемоглобина, представленные на рис. 19, б:

P(t) = Pin - (Pjast - Pin)(1 —e-t/t),

где P(t) — уровень гемоглобина в крови пациента во время ИК-облучения; Pin — начальный уровень гемоглобина в крови пациента перед ИК-облучением; P¡ast — установившийся уровень гемоглобина в крови пациента после окончания ИК-облучения.

Начальный уровень гемоглобина слабо влияет на кинетику его возрастания в процессе облучения аппаратом «ИК-Диполь». Следует отметить, что полученные результаты показывают, что при одинаковой кинетике протекания оптически стимулируемых биохимических реакций достигнутые в результате ИК-облучения абсолютные значения уровней сахара и гемоглобина в крови определяются индивидуальными особенностями организма пациента.

Следует отметить, что оптически стимулируемое снижение уровня сахара в крови пациентов сопровождалось усилением кровотока в конечностях и соответствующим увеличением температуры (рис. 20).

Различные модификации аппарата «ИК-диполь» (рис. 15—18) эффективно использовались для лечения артрозов пальцев и коленных суставов. Следует отметить, что диагностика подвижности суставов конечностей в условиях болевого синдрома, а также в период ремиссии первичных (Idiopathic аnd Rheumatoid) и вторичных (Роst-traumatic and Меtabolic deseases) артрозов представляет собой весьма сложную задачу современной реабилитационной медицины. Критерии подвижности, эластичности, вязкости и внутреннего трения суставов основаны на данных динамических исследований поведения конечностей в условиях их периодического сгибания. Динамические методики в отличие от статических позволяют определять не только предельные углы сгибания пораженных артрозом конечностей, но и развивающиеся при этом нагрузки на суставы. Зависимости силы сопротивления сустава (elastic stiffness) от угла сгиба-разгиба (on angles) пальцев, кистей, коленей и ступней являются основой для классификации первичных

t

а)

|— среднее значение для группы больных диабетом; | I — среднее значение для контрольной группы

80

о и

а 60

и о

и

м 40

и

о

^

§ 20

а

К

тП

До ле- После После Через чения 1-й про- 7-й про- 1 месяц цедуры цедуры

абетом;

,_I

Датчик усилия

б)

До ле- После После Через чения 1-й про- 7-й про- 1 месяц цедуры цедуры

в)

среднее значение для группы больных диабетом; — среднее значение для контрольной группы

Г1 П

37,5

Р 37,0 я,

§ 36,5 т с

>н

¡» 36,0

п

о

м 35, 35,0

До лечения

После 1-й процедуры

После 7-й процедуры

Через 1 месяц

Рис. 20 Динамика увеличения кровотока ) конечностях (а), температуры стопы (б) и температуры ) области воздействия (в) при лечении больных диабетом с помощью аппаратуры «ИК-Диполь»

и вторичных артрозов, а также позволяют провести сравнительный анализ различных методов их лечения как в период купирования болевого синдрома, так и в период ремиссии пораженных артрозом суставов.

В целях контроля эффективности лечения артрозов аппаратом «ИК-Диполь» использовалась модификация установки для регистрации сил сопротивления суставов пальцев в условиях периодического изменения их позиции (рис. 21).

Конструкция прибора позволяет измерять с помощью тензодатчиков эпюры сил, возникающих в суставах в условиях принудительного движения типа «сгиб-разгиб». Измерительная система состо-

Компьютер

Микропроцессор

Рис. 21

Установка для регистрации сил сопротивления суставов пальцев в условиях периодического изменения их позиции

ит из сверхчувствительного тензодатчика, синхронизированного с гидравлической системой, задающей изменение позиции сустава. Работа тензодат-чиков и гидравлической системы контролируется с помощью компьютера, на который поступали данные о силах, возникающих в суставах при изменении их позиции. Обратная связь обеспечивает регулировку принудительного движения при критических углах сгиба-разгиба, а также получение угловых зависимостей усилий, возникающих в суставах (см. соответствующие гистерезисные зависимости на рис. 22). Скорость принудительного движения поддерживается постоянной и обеспечивает угловое изменение при движении «сгиб-разгиб» порядка 0,5 °С/с. Момент силы сопротивления сустава измеряется в кг • см/рад. На начальном этапе определяется критический угол отклонения при

Моме нт вр >ащев ия, к ;г' см /рад

3 .А ]

2 ¥

р 1 1

Угол разги [бани я Еу А и

Б 0

8 V ^Е' 4 0 2 0 с ' 2 —1—1 0 4 0 6 0 У гол сгибан

/ И и-"' —2

'1 1 / -4

/ -5

-6

• В I евма тоидн [ый а ртрит

Рис. 22

Эпюры момента силы сопротивления сустава пальца руки в зависимости от угла отклонения при движении типа «сгиб-разгиб». Сплошная линия — до лечения, штриховая — после лечения с помощью аппаратуры «ИК-Диполь»

0

II

& а

KS 4

SO 4

о а в о о

d

4

5

о

I— до лечения;

I— после лечения

Rheumatoid Idiophatic Post-traumatic Metabolic Arthritis Arthritis Arthritis deseases

Рис. 23 Средние значения силы сопротивления суставов пальцев до и после лечения различных видов первичных и вторичных артрозов с помощью аппарата «ИК-Диполь». Средние значения приведены для групп из 30 пациентов каждая

движении типа «сгиб-разгиб», при котором возникает болевое ощущение. Далее значение этого угла вводят в программу и используют в качестве предельного критического угла отклонения конечности в процессе измерения угловых зависимостей (на рис. 22 сплошные кривые соответствуют эпюрам, зарегистрированным до лечения, а штриховые — после лечения). В процессе лечения аппаратом «ИК-Диполь» артрозов различного типа в период ремиссии наблюдается значительное изменение эпюр возникающих в суставах усилий, которое сопровождается купированием болевого ощущения при начально определенном критическом угле сгиба (разгиба). (Болевое ощущение после процедуры лечения возникает при значительно большем по сравнению с начальным значении критического угла.) Средние значения данных, характеризующих подвижность суставов до и после процесса лечения, приведены на рис. 23.

4. Установка для ТГц- и длинноволновой ИК-терапии «Инфратератрон»

При лечении ожогов с помощью аппарата «ИК-Диполь» было обнаружено, что процесс заживления ускоряется не только за счет улучшения микроциркуляции крови, но также вследствие стимуляции организма на выработку белков теплового шока (БТШ).

Контрольные эксперименты по генерации БТШ с помощью аппарата «ИК-Диполь» проводились в рамках хорошо известной методики. Увеличение температуры тела у кроликов и крыс повышает их устойчивость к ишемии. Причина такого улучшения неизвестна, однако многие исследователи считают, что увеличение температуры тела стимулирует синтез стрессовых БТШ в сердце [8-10].

Основным белком, синтезирующимся у млекопитающих в момент стресса, является Н8Р-72, который защищает клетки от стресса и быстро накапливается в них после ишемии. Белок НЯР-72 быстро синтезируется вследствие ишемии в миокарде у различных биообъектов. Однако таких экспериментов с сердцем человека до сих пор не проводилось. Чтобы определить, аккумулируются ли белки НЯР-72 в миокарде в процессе хирургических операций на сердце, у 20 пациентов брали три последовательные биопсии: перед шунтированием, после реперфузии и после шунтирования. У 10 пациентов во время операции кровь при прокачивании облучали кремниевыми ИК-светодиодами.

Биохимический анализ содержания белка НЯР-72 в сердце человека показал значительный эффект по сравнению с другими млекопитающими [р(Ыпоша1) = 0,01]. Было обнаружено, что его концентрация значительно возрастает при использовании ИК-излучения. У пациентов, кровь которых не подвергалась ИК-облучению, содержание НЯР-72 после реперфузии и шунтирования, по сравнению с данными до шунтирования, составило соответственно 97,7 ± 8,6 и 85,3 ± 14,2 %, в то время как у пациентов, кровь которых подвергалась ИК-облучению кремниевыми светодиодами, эти цифры составили 105,0 ± 6,0 и 104,0 ± 8,1 % соответственно.

Исследования показали, что начальная концентрация НЯР-72 до шунтирования была довольно высокой и после реперфузии и шунтирования существенно не изменилась. Возможно, высокая концентрация НЯР-72 в сердце человека типична для этого вида заболеваний, а может быть отражает влияние терапии при подготовке к операции. Вполне вероятно, что высокий уровень этих белков вообще характерен для миокарда. Высокая концентрация НЯР-72 в миокарде пациентов, принявших участие в исследовании, не изменялась в процессе хирургического вмешательства. В результате ИК-облучения крови пациентов во время хирургической операции концентрация НЯР-72 увеличилась, а также стабилизировались уровни гликогена и лактата при реперфузии и последующем шунтировании.

При ожогах большой площади часто тело нагревается до высокой температуры, что сопровождается выработкой БТШ. Однако, поскольку такие ожоги сопровождаются сильным болевым шоком, количества БТШ явно недостаточно для компенсации стресса, вызываемого болевым шоком. Поэтому очень важно, особенно в первые минуты и часы после термического поражения, создать в организме большую концентрацию БТШ для стабилизации работы сердца в условиях сильного стресса. Этого можно достичь, применяя ИК-излучение панельного эмиттера, состоящего из множества ИК-излучателей (1-700 мкм) с терагерцевой модуляцией, аналогичных используемым в аппарате «ИК-Диполь».

6

2

0

№ 5C41)/20"Í5~|

биотехносфера

Рис. 24 Установка терагерцевой ИК-терапии

«Инфратератрон» во время клинических испытаний в НИИ Скорой помощи им. И. И. Джанелидзе

Для реализации этих задач был разработан и изготовлен панельный эмиттер «Инфратератрон» (рис. 24), с помощью которого можно лечить ожоги большой площади в сочетании с антишоковым воздействием.

Установка обеспечивает ИК-излучение в диапазоне длин волн 1-700 мкм с ТГц-модуляцией во всем спектре излучения. Интегральная мощность излучения одного ИК-излучателя находится в диапазоне 9-54 мВт на расстоянии 20 мм от его поверхности. Интегральная мощность излучения установки на том же расстоянии лежит в диапазоне 972-5832 мВт. Минимальные размеры излучения одной секции — 300 х 600 мм.

Настоящая разработка защищена патентами Российской Федерации.

Показания к применению панельного эмиттера «Инфратератрон»:

• лечение термических и иных поражений кожного покрова в сочетании с антишоковым воздействием;

• ускоренное заживление ран, пролежней и трофических язв большой площади, лечение послеоперационных рубцовых деформаций;

• лечение поражений кожного покрова и ран при радиационных поражениях;

• лечение заболеваний иммунной системы;

• лечение тяжелых травм позвоночника и профилактика заболеваний опорно-двигательного аппарата;

• лечение ангиопатии при сахарном диабете;

• лечение различных видов артрозов, профилактика и лечение осложнений, возникающих при ревматоидном артрите;

• лечение гипотонии;

• лечение пульмонологических заболеваний;

• челюстно-лицевая хирургия при лечении рубцовых деформаций на лице;

• лечение неосложненных и хронических язв желудка и двенадцатиперстной кишки;

• терапия после хирургических операций в условиях вывода из наркоза;

• антишоковая терапия в мобильном варианте «Скорой помощи»;

• профилактика и лечение спортивной травмы;

• оздоровительные процедуры.

Клинические испытания установки терагерце-

вой ИК-терапии «Инфратератрон» были проведены в НИИ Скорой помощи им. И. И. Джанелидзе (Санкт-Петербург) (рис. 25). Они показали чрезвычайно высокую эффективность панельного эмиттера «Инфратератрон» при лечении больных с тяжелыми термическими поражениями большой площади.

Наблюдался выраженный седативный эффект во время облучения. Больные отмечали ощущение легкого покалывания, снижение интенсивности болей. Главный результат — мощная антиоксидант-ная защита, создаваемая излучением «Инфратера-трона» в первые сутки после получения тяжелых термических поражений большой площади, которая стимулирует снятие шока и препятствует развитию сепсиса.

При изучении влияния ИК-излучения на состояние иммунной системы получены следующие данные, отражающие эти два фактора.

При поступлении у больных регистрировалось повышение спонтанной свободнорадикальной активности клеток в среднем в 2 раза по сравнению

Рис. 25

Модифицированный панельный эмиттер «Инфратератрон» в рабочем положении

с нормальными значениями (6,2-7,2 мВ). После сеанса облучения наблюдалось некоторое снижение спонтанной хемилюминесценции (ХЛ) крови.

Индуцированная бактерицидная активность клеток была повышена в 2-3 раза по сравнению с нормой (7,4-8,3) и еще более возрастала после сеанса облучения, особенно при поступлении. Возрастание индуцированной ХЛ указывает на мобилизацию бактерицидных ресурсов иммунокомпетент-ных клеток (нейтрофилов).

При изучении антиоксидантной активности крови у пострадавших с тяжелой термической травмой в процессе курса облучения выявлен выраженный антиоксидантный подъем после первого сеанса облучения: антиоксидантная активность возрастала в среднем в 7 раз по сравнению с исходными значениями. Такая динамика связана с увеличением процессов индуцированной бактерицидной активности клеток, в основе которой лежит усиление свободнорадикальных процессов, и является адаптивной реакцией организма. Снижение интенсивности антиоксидантных процессов на следующие сутки носит эпизодический характер и указывает на временное истощение антиоксидантных ресурсов. К 5-м суткам наблюдаются умеренное повышение антиоксидантной активности и ее нормализация (рис. 26).

У здоровых волонтеров после облучения не наблюдалось изменения количества лейкоцитов и ан-тиоксидантной активности, а также возрастал уровень спонтанной и индуцированной ХЛ.

Клинические испытания установки терагерце-вой ИК-терапии «Инфратератрон» показали, что излучение дальнего ИК-диапазона (1-700 мкм) с те-рагерцевой модуляцией:

1) оказывает благоприятное общее воздействие на самочувствие больных, понижает уровень тревожности, обладает анальгетическим эффектом;

2) не оказывает клинически значимого влияния на биохимические показатели крови у тяжелообо-жженных и здоровых пациентов;

н 140

я о

к 120

100

К

80

60

40

20

— до лечения;

— после лечения

Начало лечения

1-е сутки

5-е сутки

10-е сутки

Рис. 26

Антиоксидантная активность крови у пациентов с тяжелой термической травмой при терапии с помощью установки «Инфратератрон»

3) приводит к оптимизации продукции активных форм кислорода и усилению антиоксидантной активности и вызывает, таким образом, интенсификацию механизмов неспецифической резистентности пострадавших;

4) приводит к мягкому повышению спонтанной и индуцированной свободнорадикальной активности у здоровых пациентов, а также к умеренному возрастанию интенсивности антиоксидантных процессов, что является благоприятным физиотерапевтическим эффектом;

5) повышает пластичность мембран эритроцитов, что приводит к снижению тяжести гипоксии.

В последнее время аппарат «ИК-Диполь» и установка «Инфратератрон» применяются в восстановительном лечении в клиниках Санкт-Петербурга и других городов России. В частности, по результатам применения аппарата «ИК-Диполь» в Северо-Западном федеральном медицинском исследовательском центре Минздрава России на протяжении ряда лет ведутся работы по оценке эффективности применения аппарата «ИК-Диполь» как в восстановительном лечении, так и при использовании в реанимационном отделении.

Аппарат «ИК-Диполь» при курсовом лечении:

• является эффективным физическим фактором как в комплексном подходе, так и при использовании в качестве монотерапии;

• способствует стабилизации психоэмоционального статуса;

• способствует быстрому регрессу патологической симптоматики и повышает работоспособность (физическую и умственную);

• может использоваться у тяжелых больных, находящихся в угнетенном сознании в сочетании с гипертермией, метаболическим синдромом и полиорганной недостаточностью.

Можно утверждать, что использование в составе комплексного лечения неврологических и кардиологических больных длинноволнового ИК-ТГц-излучения существенно повышает эффективность реабилитационного процесса.

Заключение

Таким образом, в результате проведенных исследований было подтверждено, что аппарат «ИК-Диполь» с ТГц-модуляцией в спектре ИК-излучения и установка терагерцевой ИК-терапии «Инфратератрон» могут с высокой эффективностью использоваться в лечебных, лечебно-профилактических и научно-исследовательских медицинских учреждениях. Аппаратура не имеет прямых мировых аналогов. С ее помощью можно успешно лечить больных, которые до сих пор считались безнадежными (например, в шоковом состоянии с ожогами большой площади, а также с тяжелыми формами демиелинизирующих заболеваний центральной нервной системы).

0

№ 5(41)/2015"|

биотехносфера

Литература

1. Medical applications of Terahertz Imaging: a Review of Current Technology and Potential Applications in Biomedical Engineering / K. Humphreys, J. P. Loughran, M. Gradziel [et al.]. Proc. of 26th Annual Int. Conf. of the Engineering in Medicine and Biology Society. 2004. N 2. P. 1302.

2. Terahertz pulse imaging in reflection geometry of human skin cancer and skin tissue / R. M. Woodward, B. E. Cole, V. P. Wallace [et al.]. // Phys. Med. Biol. 2002. N 47. P. 3853.

3. Fischer B. M., Walther M., Jepsen P. Far-infrared vibrational modes of DNA components studied by terahertz time-domain spectroscopy // Phys. Med. Biol. 2002. N 47. P. 3807.

4. Hardy J. D. Thermal radiation, pain and injury //Therapeutic Heat and Cold / Ed. S. Licht, Baltimore, MD: Waverly, 1972. Chapt. 5. P. 170.

5. Возможные механизмы действия инфракрасного излучения на мембрану сенсорного нейрона / В. Б. Плахова, С. А. Подзорова, И. В. Мищенко [и др.]. // Сенсорные системы. 2003. № 17. С. 1.

6. Rothman J. E., Orci L. Budding vesicles in living cells // Sci. Amer. 1996. N 274. P. 70.

7. Давыдов А. С. Биология и квантовая механика. Киев: На-укова думка, 1979. 296 с.

8. Currie R. W., Ross B. M., Davis T. A. Heat-shock response is associated with enhanced postischemic ventricular recovery // Circ. Res. 1989. N 63. P. 543.

9. Heat shock protein induction in rat hearts. A role for improved myocardial salvage after ischemia and reperfusion? / T. J. Donnelly, R. E. Sievers, F. L. J. Vissern [et al.] // Circulation. 1992. N 85. P. 769.

10. The protein role of heart stress in the ischemic and reperfused rabbit myocardium / D. M. Yellon, E. Passini, A. Cargnoni [et al.] // Jurn. Mol Cell Cardiol. 1992. N 24. P. 895.

Центр микротехнологии и диагностики Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) представляет:

Г. З. Гареев В. В. Лучинин

ТЕРАГЕРЦОВЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ Обзор современного состояния

Представлены основные достижения на конец первого квартала 2015 года в области разработки терагерцовых излучателей, приемников, компонентов радиотрактов, а также систем радиовидения и спектроскопии. Рассмотрены основные области применения терагерцовых систем в научных исследованиях и разработках в сфере нанотехнологий, в биологии и медицине, а также в телекоммуникационных системах и аппаратуре для обеспечения безопасности.

Издание содержит большой объем иллюстративного материала и ссылок на электронные литературные источники для обеспечения более высокого уровня профессиональных компетенций в области разработки, создания и практического применения терагерцовых систем и технологий.

Книга может быть полезна научным сотрудникам и инженерам, специализирующимся в области разработки, изготовления и применения терагерцовых систем и технологий на основе современных достижений радиотехники, электроники и фотоники, а также преподавателям, аспирантам и студентам, участвующим в образовательном процессе по направлениям: «Электроника и наноэлектроника», «Радиотехника», «Приборостроение», «Нанотехнологии и микросистемная техника», «Фотоника и оптоинформатика».

Приобрести книгу возможно в Центре микротехнологии и диагностики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина).

Тел.: (812) 234-16-82

V

J>