DEVELOPMENT OF CHRONOBIOLOGICAL MODELS AND CONTROL ALGORITHMS FOR A PORTABLE PROGRAM-CONTROLLED DEVICE OF SUPER-LOW INTENSITY MICROWAVE RADIATION AND EVALUATION OF ITS EFFICIENCY IN A MEDICAL-BIOLOGICAL EXPERIMENT

Abstract

В статье рассмотрена структура аппарата модульного типа для реализации микроволнового излучения сверхнизкой интенсивности в диапазоне 1 ГГц и мощности <10 мкВт. Аппарат включает модуль генерации СВЧ сигналов, таймер, низкочастотный биомодулятор и излучающее устройство в виде рамочной антенны. Функционирование аппарата основано на разработанных паттернах хронобиологических моделей. В детерминированных паттернах моделей были учтены циклические процессы функционирования клеток. Это были: 1) ритмы синтеза белка на рибосомах, 2) ритмы мышечного тремора; 3) ритмы центра терморегуляции; 4) околочасовые циклы клеточного деления, Эти ритмы, с одной стороны, обеспечивали оптимизацию метаболических процессов, а с другой стороны, обеспечивали цикличность работы аппарата, то есть, длительность работы и длительность паузы. Микроконтроллер и таймер устройства реализовали управление процессом биомодуляции и цикличностью микроволнового воздействия. Научную работу выполняла трансляционная группа исследователей, включающая врачей, биологов, инженеров, радиофизиков и программистов. Разработанный макетный образец аппарата был протестирован при помощи анализатора спектра и сигналов немецкой фирмы: ROHDE & SCHVARZ FSV SIGNAL ANALYZER 5 kHz 40 GHz. Снятый с рамочной антенны аппарата сигнал имел частоту 1000 МГц с добротностью сигнала 100 кГц. Проведены исследования на эффективность разработанного макетного образца устройства для генерации микроволновых сверхнизко интенсивных излучений. Было установлено снижение количества МСК в опытных группах по сравнению с контролем. В контроле было выявлено 3,1х106 кл/мл, в режиме низкочастотной биомодуляции - 2,5х106 кл/мл; в режиме непрерывной генерации - 2,1х106 клеток/мл. Оценка интенсивности флуоресценции показала, что активность митохондрий выше в опытной группе при облучении в режиме биомодуляции - 12,40 усл. ед. (у.е.). При использовании режима непрерывной генерации активность митохондрий составила 9,33 у.е. В контрольной группе активность митохондрий составила 10,74 у.е. The article considers the structure of a modular device for the realization of microwave radiation of super-low intensity in the range of 1 GHz and a power of <10 μW. The device includes a module for generating microwave signals, a timer, a low-frequency biomodulator and a radiating device in the form of a loop antenna. The operation of the apparatus is based on the developed patterns of chronobiological models. The deterministic patterns of the models took into account the cyclic processes of cell functioning. These were: 1) the rhythms of protein synthesis on ribosomes, 2) the rhythms of muscle tremor; 3) rhythms of the thermoregulation center; 4) about-hour cycles of cell division. These rhythms, on the one hand, ensured the optimization of metabolic processes, and on the other hand, ensured the cyclical operation of the apparatus, that is, the duration of work and the duration of the pause. The microcontroller and timer of the device implemented the control of the biomodulation process and the cyclical nature of microwave exposure. The scientific work was carried out by a translational group of researchers, including doctors, biologists, engineers, radiophysicists and programmers. The developed model prototype of the device was tested using a spectrum and signal analyzer from a German company: ROHDE & SCHVARZ FSV SIGNAL ANALYZER 5 kHz 40 GHz. The signal taken from the loop antenna of the apparatus had a frequency of 1000 MHz with a signal quality factor of 100 kHz. Studies have been carried out on the effectiveness of the developed prototype device for generating microwave ultra-low-intensity radiation. A decrease in the number of MSCs in the experimental groups was found compared to the control. In the control, 3.1x106 cells/ml were detected, in the low-frequency biomodulation mode - 2.5x106 cells/ml; in the continuous generation mode - 2.1 x 106 cells/ml. Assessment of the fluorescence intensity showed that the activity of mitochondria is higher in the experimental group under irradiation in the biomodulation mode - 12.40 arb. units (c.u.). When using the continuous generation mode, the activity of mitochondria was 9.33 c.u. In the control group, mitochondrial activity was 10.74 c.u.