СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРОСКОПИИ ЖИВОЙ ТКАНИ

1. Способ изотермической калориметрической спектроскопии биохимических компонентов живой ткани пациента, включающий следующие этапы:
- накладывают на поверхность кожи пациента с дозированным давлением по меньшей мере один тепло- и водонепроницаемый аппликатор, образующий закрытую систему в локальной области ткани под аппликатором;
-оказывают локальное воздействие на участок ткани под аппликатором электромагнитным излучением на одной или нескольких длинах волн, соответствующих характеристическим частотам поглощения биохимических компонентов межклеточного и/или внутриклеточного вещества;
-измеряют величину физиологического параметра, характеризующего термодинамическое фазовое состояние межклеточного вещества под аппликатором и ее временную динамику, в зависимости от мощности падающего электромагнитного излучения;
-определяют концентрацию биохимического компонента межклеточного вещества и/или межклеточной жидкости и /или крови и ее временную динамику на основе временной динамики измеренного физиологического параметра.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивность электромагнитного излучения может быть постоянной или переменной, изменяющейся с постоянной скоростью и/или модулированной частотой и/или амплитудой.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что физиологическим параметром, характеризующим термодинамическое фазовое состояние межклеточного вещества, является осмотическое давление межклеточного вещества и/или количествo воды в межклеточном пространстве ткани и /или эластическое давление живой ткани под аппликатором.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что биохимические компоненты межклеточного и/или внутриклеточного вещества выбирают из группы, включающей в себя воду, гиалуроновую кислоту, глюкозу, триглицериды и другие биохимические компоненты межклеточного вещества, клетки и крови.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что длину волны воздействующего на участок ткани электромагнитного излучения выбирают из диапазона электромагнитного излучения, который определяют по характеристическим частотам поглощения биохимических компонентов живой ткани в оптическом и/или ближнем инфракрасном и/или среднем и дальнем инфракрасном и/или терагерцовом и/или микроволновом диапазоне.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что концентрацию биохимического компонента межклеточного вещества и/или межклеточной жидкости и /или крови дополнительно измеряют на основе метода спектроскопии диффузного отражения.
7. Способ по пп. 1-5, отличающийся тем, что концентрацию биохимического компонента межклеточного вещества и/или межклеточной жидкости и /или крови дополнительно измеряют на основе метода спектроскопии комбинационного рассеяния света.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что биохимическим компонентом является глюкоза в крови, концентрацию которой определяют по концентрации глюкозы, связанной с мономерами полимерной цепи межклеточного вещества.
9. Способ по п. 3, отличающийся тем, что осмотическое давление межклеточного вещества или количество воды в межклеточном пространстве определяют на основе спектральных измерений на длинах волн, соответствующих характеристическим частотам поглощения биохимических компонентов межклеточного и/или внутриклеточного вещества.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что спектральные измерения основаны на методе двухчастотной спектроскопии, в которой длина волны электромагнитного излучения выбирается по характеристической частоте тетрамера гиалуроновой кислоты межклеточного вещества в терагерцовой области, а длина волны спектрального датчика осмотического давления межклеточного вещества выбирается по характеристическим частотам поглощения воды в роговом слое эпидермиса в инфракрасной области.
11. Способ по п. 3, отличающийся тем, что осмотическое давление межклеточного вещества или количество воды в межклеточном пространстве определяют по количеству воды в роговом слое эпидермиса на основе измерения физических характеристик рогового слоя эпидермиса, которые выбирают из группы, включающей в себя электрофизические характеристики, спектральные и оптико-акустические характеристики, теплофизические характеристики.
12. Способ по п. 3, отличающийся тем, что осмотическое давление межклеточного вещества или количество воды в межклеточном пространстве определяют по количеству воды в роговом слое эпидермиса на основе измерений спектральных характеристик рогового слоя эпидермиса на длинах волн, соответствующих характеристическим частотам воды в роговом слое, с помощью спектрального метода, который выбирают из группы, включающей: ИК спектроскопию, Раман - спектроскопию, оптико-акустическая спектроскопию, разностную двухлучевую спектроскопию.
13. Способ по п. 3, отличающийся тем, что осмотическое давление межклеточного вещества или количество воды в межклеточном пространстве определяют по количеству воды в роговом слое эпидермиса путем измерения электрических характеристик рогового слоя эпидермиса, которые выбирают из группы, включающей в себя поперечную электропроводность рогового слоя на постоянном и/или переменном токе и диэлектрическую проницаемость.
14. Способ по п. 8, отличающийся тем, что концентрацию глюкозы в крови определяют по на основе временной динамики физиологического параметра, причем физиологическим параметром является осмотического давления межклеточного вещества области ткани под аппликатором, причем указанное межклеточное вещество под аппликатором является природным биосенсором с гетерофазной структурой с селективностью к молекуле глюкозы и чувствительностью к внешним тепловым потокам, при этом индивидуальную калибровку локальной области ткани пациента определяют по содержанию гиалуроновой кислоты в межклеточном веществе и количества воды в объеме ткани под аппликатором, измеряемых спектральным методом.
15. Способ по пп. 1-5, 8-14, отличающийся тем, что способ применим для ранней диагностики сахарного диабета на основе временной динамики концентрации биохимического компонента.
16. Способ по пп. 1-5, 8-14, отличающийся тем, что способ применим для ранней диагностики сахарного диабета на основе временной динамики осмотического давления межклеточного вещества.
17. Устройство для изотермической калориметрической спектроскопии биохимических компонентов живой ткани, содержащее тепло и водонепроницаемый аппликатор, выполненный с возможностью наложения на кожу пациента с дозированным давлением, датчик температуры, один или несколько датчиков физиологических параметров, характеризующих термодинамическое фазовое состояние межклеточного вещества под аппликатором, один или несколько источников электромагнитного излучения, устройство для создания калибровочного воздействия, при этом датчики физиологических параметров расположены под аппликатором, при этом сигналы с вышеуказанных датчиков поступают последовательно на входы блока усилителей и/или синхронного детектора и/или аналогово-цифрового преобразователя, установленных на верхней поверхности аппликатора, в  блок обработки информации и блок отображения информации.
18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью излучения с постоянной и/или модулированной интенсивностью и/или частотной модуляцией.
19. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что датчики физиологических параметров, характеризующие термодинамическое состояние межклеточного вещества под аппликатором, выполнены в виде датчиков осмотического давления межклеточного вещества или датчиков количества воды в межклеточном пространстве ткани в локальном объеме под аппликатором и /или датчика эластического давления живой ткани под аппликатором.
20. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что устройство для создания калибровочного воздействия представляет собой источник тепловой мощности, выполненный в виде резистора и/или элемента Пельтье и/или источник электрического тока и/или напряжения; устройство для создания дозированного давления на поверхность аппликатора.
21. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что диапазон излучения источников электромагнитного излучения выбирают из группы, включающей в себя оптический и/или ближний инфракрасный; средний инфракрасный; дальний инфракрасный и/или терагерцовый; микроволновый диапазон излучения.
22. Устройство по п. 19, в котором датчиком осмотического давления межклеточного вещества или датчиком количества воды в межклеточном пространстве ткани в локальном объеме под аппликатором представляет собой электрометрический датчик, основанный на измерении электрофизических характеристик рогового слоя эпидермиса и ткани под аппликатором, принцип измерения которого выбирается из группы, включающей измерение поперечной электропроводности рогового слоя эпидермиса на постоянном и/или переменном токе; измерение диэлектрической проницаемости рогового слоя эпидермиса; измерение электропроводности и/или диэлектрической проницаемости ткани под аппликатором.
23. Устройство по п. 19, в котором датчиком осмотического давления межклеточного вещества или датчиком количества воды в межклеточном пространстве ткани в локальном объеме под аппликатором является спектральный датчик, основанный на спектральных измерениях характеристик живой ткани под аппликатором, содержащий источник и приемник электромагнитного излучения.
24. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что длину волны электромагнитного излучения источника спектрального датчика определяют по характеристическим частотам поглощения биохимических компонентов межклеточного вещества и/или внутриклеточного вещества, которые выбирают из группы, включающей в себя воду, гиалуроновую кислоту, глюкозу и другие биохимические компоненты межклеточного вещества и межклеточной жидкости.
25. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что датчиком осмотического давления межклеточного вещества является спектральный датчик, основанный на спектральных измерениях характеристик межклеточного вещества в терагерцовом диапазоне на длине волны, соответствующей энергии поперечной связи между мономерами полимерной цепи гиалуроновой кислоты.
26. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что спектральный датчик основан на спектральных измерениях количества воды в роговом слое эпидермиса по характеристическим частотам воды в роговом слое на основе спектрального метода, который выбирают из группы, включающей в себя изотермическую калориметрическую спектроскопию, абсорбционную спектроскопию, спектроскопию диффузионного отражения, спектроскопию комбинационного рассеяния, оптико-акустическую спектроскопию.
27. Устройство по любому из пп. 17-26, отличающееся тем, что дополнительно содержит спектральное устройство, включающее источник и приемник электромагнитного излучения, для спектральных измерений на основе диффузионной отражательной спектроскопии.
28. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что датчик физиологических параметров, характеризующего термодинамическое фазовое состояние межклеточного вещества под аппликатором, выполнен на пьезоэлектрическом способе измерения.
29. Устройство по любому из пп. 17-27, отличающееся тем, что устройство применимо для ранней диагностики сахарного диабета на основе временной динамики концентрации биохимического параметра и/или величины осмотического давления межклеточного вещества.
30. Способ получения биополимерной молекулы с заданными биологическими свойствами и заданной пространственной структурой, состоящей из одной или нескольких субъединиц, способной к самопроизвольной укладке в пространственную конфигурацию с гетерофазной структурой, обладающей специфичностью к одной или нескольким заданным молекулам субстрата S, при определенном составе растворителя, при определенных условиях по температуре и давлению, заключающийся в том, что число субъединиц определяют на основе трехмерной пространственной структуры макромолекулы, при этом первичную структуру каждой субъединицы биополимерной молекулы определяют следующим образом:
- определяют или задают константу равновесия процесса связывания молекулы субстрата S с мономером полимерной цепи биополимерной молекулы посредством образования водородной связи;
- определяют энергию активации и/или энергию водородной связи молекулы субстрата S с мономером полимерной цепи биополимерной молекулы, соответствующую величине константы равновесия;
A
B
A
B
A
B
- по величине энергии активации и/или энергии связи идентифицируют мономеры, которые образуют первичную структуру каждой субъединицы биополимерной макромолекулы, а именно, по меньшей мере, пару мономеров и , образующих повторяющийся мономер  –– – полимерной цепи, в которой  – мономер, содержащая группу, обладающую отрицательным электрическим зарядом, и  - нейтрально незаряженный мономер, с которым молекула субстрата S может образовать водородную связь, энергия которой  соответствует заданной константе равновесия;
М
- по величине энергии активации и /или энергии связи идентифицируют одновалентные ионы растворителя, соответствующие двум разным соединениям, способным образовать слабую ионную связь с заряженным мономером, при этом один из ионов, ион , выбирается с константой равновесия близкой к константе равновесия субстрата S;
А
- определяют кислотность растворителя pH, определяющую отрицательный заряд мономера , концентрации ионов, температуру и давление;
- определяют число мономеров в цепи;
- получают биополимерную молекулу с заданной первичной структурой с помощью методов генной и/или белковой инженерии;
- получают раствор биополимерной молекулы в растворителе, пространственная структура и характеристики которого соответствуют заданным.
А
М
31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что мономер  полимерной цепи обладает положительным зарядом, а ион  растворителя обладает отрицательным зарядом.
М
32. Способ по п. 30, отличающийся тем, что ионом  растворителя является одновалентным положительно заряженный ион металла.
A
B
33. Способ по п. 30, отличающийся тем, что первичной структурой биополимерной макромолекулы, состоящей из одной субъединицы, является полисахаридная цепь, повторяющийся мономер которого содержит, по меньшей мере, одну разновидность дисахаридной пары, образованной одним моносахаридом с отрицательно заряженной группой и одним нейтральным моносахаридом , не обладающим заряженной группой.
M
in vivo
34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что первичной структурой биополимерной макромолекулы, состоящей из одной субъединицы, является полимерная цепь гиалуроновой кислоты, молекулой субстрата является молекула глюкозы, одновалентным ионом металла  является ион натрия, при этом химический состав растворителя близок к химическому составу плазмы крови и межклеточной среды живой системы, при физиологических условиях .
35. Способ по п. 34, отличающийся тем, что в состав растворителя добавляют двухвалентный ион и/или вещество, молекула которого обладает способностью образовать двухвалентную ионную связь с отрицательно заряженными мономерами полимерной цепи гиалуроновой кислоты.
R
R
M
in vivo
a
b
36. Способ по п. 30, отличающийся тем, что биополимерной молекулой, состоящей из одной субъединицы, является полипептидная цепь из аминокислот, с повторяющимися мономерами, содержащими по меньшей мере одну аминокислоту с отрицательно заряженной группой  и одну аминокислоту с нейтральной незаряженной группой , одновалентным ионом металла  является ион калия, при этом химический состав растворителя близок к химическому составу внутриклеточной среды живой системы при физиологических условиях .
37. Способ по п. 30, отличающийся тем, что в состав растворителя добавляют дополнительные двухвалентные ионы металла или двухвалентные соединения, которые выбирают из группы, включающей ион магния Mg+2, марганца Mn+2, ионы других металлов и соединений.
38. Способ по п. 30, отличающийся тем, что субстратом является молекула D- глюкозы и/ или молекула другого моносахарида.
39. Способ по п. 30, отличающийся тем, что биополимерная молекула с гетерофазной структурой представляет собой биосенсор с избирательностью к заданной молекуле субстрата S, активный в водной среде, преобразующий сигнал концентрации субстрата S в сигнал, пропорциональный объему макромолекулы и/или внутримолекулярному осмотическому давлению, который измеряется электронным устройством.
40. Способ по п. 39, отличающийся тем, что биополимерной молекулой является полисахарид гиалуроновой кислоты, обладающий избирательностью к молекуле глюкозы.
41. Способ по п. 30, отличающийся тем, что биополимерная молекула с заданными биологическими свойствами, состоящая из двух субъединиц, способная к самопроизвольной укладке в пространственную конфигурацию с гетерофазной структурой, обладающая специфичностью к заданной молекуле субстрата S, при определенном составе растворителя, при определенных условиях по температуре и давлению, и заключающийся в том, что для каждой из двух субъединиц определяется первичная структура следующим образом:
- определяют или задают константу равновесия процесса связывания молекулы субстрата S с мономером полимерной цепи биополимерной молекулы посредством образования водородной связи;
- определяют энергию активации и/или энергию водородной связи молекулы субстрата S с мономером полимерной цепи биополимерной молекулы, соответствующую величине константы равновесия;
A1
B1
A1
B1
A1
B1
- по величине энергии связи идентифицируют мономеры, которые образуют первичную структуру первой субъединицы биополимерной макромолекулы, а именно, по меньшей мере, пару мономеров  и , образующих повторяющийся мономер  –– – полимерной цепи, в которой  – мономер, содержащая группу, обладающую отрицательным электрическим зарядом, и  - нейтрально незаряженный мономер, с которым молекула субстрата S может образовать водородную связь, энергия которой  соответствует заданной константе равновесия;
A2
B2
A2
B2
A2
B2
- идентифицируют мономеры, которые образуют первичную структуру второй субъединицы биополимерной макромолекулы, а именно, по меньшей мере, пару мономеров и , образующих повторяющийся мономер –– – полимерной цепи, в которой  – мономер, содержащая группу, обладающую положительным электрическим зарядом, и  - нейтрально незаряженный мономер, с которым молекула субстрата S может образовать водородную связь, энергия которой  соответствует заданной константе равновесия;
М
- по величине энергии связи идентифицируют одновалентные ионы растворителя, соответствующие двум разным соединениям или веществам, способным образовать слабую ионную связь с заряженными мономером, при этом один из ионов, ион , выбирается с константой равновесия близкой к константе равновесия субстрата S;
А
- определяют кислотность растворителя pH, определяющую отрицательный заряд мономера , концентрации ионов, температуру и давление;
- определяют число мономеров в цепи;
- получают биополимерную цепь, состоящую из двух субъединиц, с заданной первичной структурой с помощью методов генной и/или белковой инженерии;
- получают раствор биополимерной молекулы в растворителе, характеристики которого соответствуют заданным.
42. Способ по п. 41, отличающийся тем, что субъединицами являются полипептидные цепи из аминокислот.
43. Способ по п. 42, отличающийся тем, что для каждой субъединицы определяют расположение в цепи повторяющихся мономеров, характеризующих взаимодействие между субъединицами, образующих уникальную аминокислотную конфигурацию активного центра белковой молекулы, который образуется в процессе пространственной укладки в области пространства между доменами субъединиц.
44. Способ по любому из пп. 30, 41, отличающийся тем, что биополимерная молекула с гетерофазной структурой представляет собой биологический катализатор с заданными характеристиками и избирательностью к заданной молекуле субстрата S, активный в водной среде, катализирующий биохимические реакции с участием молекулы субстрата S.
45. Способ по любому из пп. 36, 44, отличающийся тем, что биополимерная молекула представляет собой фермент с заданными характеристиками на основе биополимерной молекулы с гетерофазной структурой.
46. Способ по п. 41, отличающийся тем, что первичная структура биополимерной молекулы с заданными биологическими свойствами определяется по характеристикам фермента гексокиназы, константе равновесия и скорости биохимической реакции, которую катализирует фермент.
47. Способ по п. 41, отличающийся тем, что первичная структура биополимерной молекулы с заданными биологическими свойствами определяется по характеристикам фермента глюкокиназы, константе равновесия и скорости биохимической реакции, которую катализирует фермент.
48. Способ по п. 30, отличающийся тем, что при заданном составе растворителя и заданной первичной структуре биополимерной молекулы, состоящей из 2 и более субъединиц, определяют четвертичную пространственную структуру макромолекулы следующим образом:
- определяют аминоконцевые группы белковой биополимерной молекулы, которыми отделены полипептидные цепи субъединиц, образующих первичную структуру белковой биополимерной молекулы;
- определяют для каждой субъединицы структуру элементарной цепочки взаимодействия, характеризующей взаимодействие полимерной цепи с растворителем; для этого определяют молекулу субстрата и идентифицируют одновалентный ион в составе растворителя для каждой субъединицы;
- для каждой субъединицы вычисляют константу равновесия, энергию активации и определяют объем трехмерного домена;
- определяют наиболее вероятную трехмерную пространственную конфигурацию доменов, соответствующих субъединицам.
49. Способ по п. 48, отличающийся тем, что биополимерной молекулой, первичная структура которой состоит из 2 и более субъединиц, является олигомерный белок.
50. Биополимерная молекула с гетерофазной структурой, представляющая собой биосенсор с селективностью к заданной молекуле субстрата и полученная способом по п. 30, проявляющая активность в водной среде.
51. Биополимерная молекула с гетерофазной структурой, обладающая избирательностью к заданной биологической молекуле субстрата S, представляющая собой биологический катализатор для катализа биохимической реакции с участием молекулы субстрата S, полученная способом по п. 30.
52. Биополимерная молекула с гетерофазной структурой, обладающая избирательностью к заданной молекуле субстрата S, представляющая собой фермент для катализа биохимической реакции с участием молекулы субстрата S, полученная способом по пп. 30, 41.
53. Биополимерная молекула по п. 50, характеризующаяся специфичностью к молекуле глюкозы, а также тем, что:
- биополимерная молекула представляет собой сополимер, которым является полисахарид гиалуроновой кислоты;
- компонентами растворителя с заданной кислотностью одновременно являются ионы натрия и калия, молекула глюкоза.
54. Биополимерная молекула по п. 51, характеризующаяся специфичностью к молекуле глюкозы,  отличающаяся тем, что биополимерная молекула представляется собой полипептидную цепь, повторяющийся мономер которой содержит аминокислоту с отрицательно заряженной боковой группой, которую выбирают из группы, состоящей из глутаминовой кислоты, аспарагиновой кислоты, глицина, цистеина, тирозина, при этом, аминокислоту с незаряженной боковой группой выбирают из группы, содержащей серин, аспарагин, треонин, глутамин.
55. Биополимерная молекула по п. 54, отличающаяся тем, что аминокислотой с отрицательным зарядом боковой группы является глутаминовая кислота; аминокислотой с незаряженной боковой группой является аспарагин; субстратом биохимической реакции является D-глюкоза.
56. Биополимерная молекула по п. 55, отличающаяся тем, что аминокислотой с отрицательным зарядом боковой группы является аспарагиновая кислота; аминокислотой с незаряженной боковой группой является аминокислота, которую выбирают из группы аспарагин, треонин, цистеин, серин; субстратом биохимической реакции является D-глюкоза.
57. Биополимерная молекула по пп. 54, 55, 56, отличающаяся тем, что полипептидная цепь дополнительно содержит аминокислоты с положительно заряженными боковыми группами, которые выбирают из группы лизин, аргинин, гистидин.
Mg
Mn
+2
+2
58. Биополимерная молекула по пп. 54, 55, 56, отличающаяся тем, что растворитель дополнительно содержит двухвалентный ион металла, который выбирают из группы, включающей ион магния, марганца, ионы других металлов и соединений или другое соединение.
59. Биополимерная молекула, состоящая из двух субъединиц, по п. 51, отличающаяся тем, что полипептидная цепь первой субъединицы содержит аминокислоту с отрицательно заряженной группой бокового остатка, а полипептидная цепь второй субъединицы содержит аминокислоту с положительно заряженной группой бокового остатка.
60. Биополимерная молекула, состоящая из двух субъединиц, по п. 51, отличающаяся тем, что аминокислотами активного центра белка являются серин, боковой остаток которого обладает отрицательно заряженной группой, и гистидин, боковой остаток которого обладает положительно заряженной группой.
61. Биополимерная молекула по п. 53, отличающаяся тем, что является молекулой для создания биополимерного вещества или фармацевтической композиции на основе гиалуроновой кислоты для лечения ран и воспалений тканей.
62. Биополимерная молекула по п. 51, отличающаяся тем, что является молекулой для создания лекарственного препарата или фармацевтической композиции для лечения сахарного диабета.