Влияние низкоинтенсивного электромагнитного поля на водные кластеры в присутствии ионов

Хахалин, Андрей Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние низкоинтенсивного электромагнитного поля на водные кластеры в присутствии ионов
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Влияние низкоинтенсивного электромагнитного поля на водные кластеры в присутствии ионов"

На правах рукописи

ХАХАЛИН АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Влияние низкоинтенсивного электромагнитного поля на водные кластеры в присутствии ионов

Специальность 03.00.16 — экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 2006 г.

Работа выполнена в Центре гидрофизических исследований физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, доцент Королев Анатолий Федорович

Научный консультант:

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Теплухин Александр Валентинович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Лобышев Валентин Иванович

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Захаров Станислав Дмитриевич

Ведущая организация: Институт радиотехники и электроники РАН

Защита состоится « 21 » декабря 2006 г. в 1£\00 часов на заседании диссертационного совета К 501.001.08 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, г. Москва, ГСП-2, Ленинские горы, д.1, стр.2, ЮФА.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научной библиотеки им. A.M. Горького МГУ им. М.В. Ломоносова (физический факультет).

Автореферат разослан « 20 »

Ученый секретарь диссертационного совета К 501.1 кандидат физико-математически:

Г.Б. Хомутов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. На сегодняшний день существует большое количество экспериментальных данных, свидетельствующих о влиянии низкоинтенсивного электромагнитного излучения (ЭМИ) на различные биологические процессы в живых организмах (Гордон, 1966; Соловьев, 1967; Толгская, Гордон, 1971; Тягин, 1971; Сердюк, 1977; Jungerman, Rosenblum, 1980; Кузин, Каушанский, 1981; Бондаренко, Гак, 1984; Казначеев, Михайлова, 1985; Омори, 1987; Белишева, Попов, 1995; Мартынюк, 1995; Дон-ченко, Кабанов и др., 1996; Отурина, 1997; Шогенов, 1999; Гапеев, Чемерис, 2000; Гольдман, 2002; Барышев, 2003; Фельдман, 2003; Хорсева, 2004; Рощина, 2004; Павлова, 2004; Ерохин, Кремцова, Бурлакова, 2005).

При взаимодействии низкоинтенсивного электромагнитного излучения (плотность потока мощности менее 10 мВт/см2) с биологическими объектами интегральный нагрев не превышает 0,1 градуса. Поэтому эффект от него не связан ни с термическим, ни с радиационным разрушением ткани (Девятков, 1981).

Существующие в настоящее время экологические нормативы для радиопередающей аппаратуры, электроаппаратуры и т.д. (СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03; СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03; МГСН 2-03-97) разработаны без учета биологических эффектов от слабых электромагнитных полей (ЭМП). Разрабатываемые новые безопасные для человека критерии применимости низкоинтенсивных ЭМП различных диапазонов частот и мощностей, основаны на экспериментальных данных. Они не имеют точного теоретического обоснования получаемых границ безопасного воздействия на человека внешнего низкоинтенсивного ЭМП. Одной из главных причин, осложняющих их разработку, является отсутствие общепринятого теоретического обоснования механизма воздействия низкоинтенсивных ЭМИ на биологические объекты.

В связи с отсутствием у живых организмов специальных рецепторов к миллиметровому излучению (ММ) (Голант, 1989; Девятков, Голант, Бецкий, 1991; Бецкий, 1992), можно предположить высокую роль воды в механизме воздействия низкоинтенсивного ЭМИ на живые организмы. В пользу этого предположения свидетельствуют биологические эффекты от помещения живой материи в предварительно облученную воду (Тапочка, Королев и др., 1994; Новиков, Кувичкин, Фесенко, 1999).

Одно из возможных объяснений феномена воздействия низкоинтенсивного ММ-излучения на биологические объекты дано Фрёлихом (Frölich, 1983). Согласно его теории, оно приводит к переходу когерентных дипольных возбуждений в биологических системах из метастабильного состояния в основное состояние. В результате возникает большое множество молекул воды с согласованным направлением векторов дипольных моментов, являющееся частным случаем когерентного состояния многочастичной системы. Это может приводить к структурным изменениям в водных системах, что способно оказать существенное влияние на динамику находящихся в них макромолекул (Соловей, 2006).

Учитывая небольшую глубину поглощения MM-излучения в водных средах (~1 мм), представляется целесообразным построение теоретических моделей их взаимодействия с низкоинтенсивными ЭМП на микроскопическом уровне в присутствии биологически важных ионов. Важную роль в объяснении свойств воды играет динамика структуры непрерывной сетки из ее водородных связей. В настоящее время имеется большое количество экспериментальных данных, доказывающих существование устойчивых кластеров молекул воды при различных условиях (Holland P.M., Castleman А., 1980; Berneche S., Roux В., 2001).

В настоящее время отсутствуют экспериментальные методики, позволяющие проводить исследования мгновенной структуры сеток из водородных связей в жидкости. Подобные исследования можно проводить только методами численного моделирования. Однако существующие методы их исследования с помощью матриц смежности или таблиц донорно-акцепторных водородных связей (Маленков Г.Г., Теплухин A.B., Полтев В.И, 1989), с помощью теории графов (F. Нагагу, 1969) или подсчета количества структур сеток из водородных связей заранее известного типа не учитывают все возможные вариации этих структур в водном кластере с ионом и сложны в интерпретации получаемых ими результатов.

Важность понимания механизма воздействия низкоинтенсивного электромагнитного поля на живые организмы обусловила актуальность проблемы исследования и ее особую значимость для повышения эффективности и безопасности регуляции процессов жизнедеятельности биологических объектов, а также разработки критериев безопасного воздействия на них электромагнитного излучения.

Высокая актуальность и недостаточная научная разработанной проблемы определили цель и задачи диссертационной работы.

Цель исследования заключается в теоретическом изучении воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения на водные кластеры в присутствии ионов.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

1. Систематизировать работы в области воздействия внешнего низкоинтенсивного электромагнитного излучения на водные среды.

2. Разработать модель водного кластера с ионом.

3. Создать методику анализа структуры сетки из водородных связей в водном кластере.

4. Выявить изменения в водном кластере с ионом под воздействием низкоинтенсивного электромагнитного излучения.

5. Определить условия, при которых внешнее низкоинтенсивное электрическое поле приводит к изменениям в водных кластерах в присутствии ионов.

Основная гипотеза исследования: низкоинтенсивное электромагнитное излучение способно изменить положение молекул воды в водных кластерах в присутствии ионов.

Объектами исследования являлись кластеры с ионом Ыа+ или К+ в окружении различного количества молекул воды.

Предметом исследования является процесс воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения на водные кластеры в присутствии ионов.

Теоретическую и методическую основу диссертации составили труды отечественных и зарубежных ученых по воздействию низкоинтенсивного электромагнитного излучения на водные среды, их моделирования, метод Монте-Карло, метод математического моделирования гидратных кластеров с одним ионом, а также разработанная автором методика анализа структуры сетки из водородных связей, образованных молекулами воды в кластере.

Научная новизна исследования заключается в том, что в диссертации:

1. Впервые создана методика анализа структуры сетки из водородных связей в кластере, состоящем из иона в окружении произвольного количества молекул воды, учитывающая все ее возможные вариации, за исключением хиральных конфигураций.

2. Выявлены часто реализуемые при температурах 1 и 300 К типы структур сеток из водородных связей в водном кластере с ионом Иа4" или К+ в присутствии 8 молекул воды.

3. Показано, что среди конфигураций водных кластеров с ионом, соответствующих наиболее часто встречающимся типам структур сеток водородных связей, отсутствуют конфигурации с наименьшей потенциальной энергией.

4. Впервые определены конфигурации кластеров с ионом Ка+ или К+ в окружении 8 молекул воды при температуре 300 К, в которых происходят достоверные изменения координат у одной из молекул воды под воздействием электрического поля следующих напряженностей: 112,21 В/м (6,6 мВт/см2); 237,79 В/м (30 мВт/см2);

5. Установлено, что электрическая компонента электромагнитного поля приводит к изменению очередности появления равновесных при температуре 300 К конфигураций водных кластеров в присутствии ионов, без изменения весовых коэффициентов, соответствующих их типам структур сеток из водородных связей.

6. Водные кластеры с ионом, обладающие симметрией расположения молекул воды в первой координационной сфере в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, подвержены воздействию низкоинтенсивного электрического поля.

Теоретическая значимость.

В работе доказана принципиальная возможность низкоинтенсивного электрического поля приводить к изменениям в водных кластерах. Разработана методика анализа структуры сетки из водородных связей, позволившая провести классификацию всех ее геометрических разновидностей, за исключением эффекта хиральности, у равновесных конфигураций при температурах 1 и 300 К кластера с ионом или К+ в окружении раз-

личного количества молекул воды. Она открывает новые возможности для статического и динамического исследований структуры сеток из водородных связей водных кластеров в присутствии ионов.

Практическая значимость.

Результаты данной работы могут оказать практическую пользу для исследований по изучению влияния на биологические объекты низкоинтенсивных электромагнитных полей. В частности, результаты выполненной работы могут быть использованы при создании моделей взаимодействия биологических объектов с низкоинтенсивным электромагнитным излучением, по которым можно было бы определить критерии их безопасного применения. Большой практической ценностью обладает разработанный подход к исследованию состояния гидратных кластеров, главным компонентом которого является методика анализа структуры сеток из водородных связей, входящих в их состав молекул воды. Полученные с ее помощью вероятные типы структур сеток из водородных связей кластера с ионом Ыа+ или К+ в окружении 8 молекул воды, а также его переходные конфигурации могут быть полезны для исследования механизмов воздействия низкоинтенсивных физических полей на водные среды.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В кластере с ионом или К+ в окружении 8 молекул воды при температуре 1 К часто реализуются конфигурации с 17±1 (в случае иона №+) и 14±2 (в случае иона К+) различными типами сеток из водородных связей.

2. При температуре 300 К в кластере с ионом или К+ в окружении 8 молекул воды часто реализуются конфигурации с 23+1 (в случае иона №+) и 24±1 (в случае иона К+) различными типами сеток из водородных связей.

3. Часто встречающиеся типы структур сеток водородных связей в кластере с ионом Иа+ или К+ в окружении 8 молекул воды при температурах 1 и 300 К соответствуют его равновесным конфигурациям, не обладающим минимальной потенциальной энергией.

4. Воздействие электрической компоненты низкоинтенсивного электромагнитного поля приводит к изменению очередности появления равновесных при температуре 300 К конфигураций водных кластеров в присутствии ионов без изменения весовых коэффициентов, соответствующих их типам структур сеток из водородных связей.

5. Водные кластеры с ионом, обладающие симметрией расположения молекул воды в первой координационной сфере в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через одну молекулу воды и ион, восприимчивы к воздействию низкоинтенсивного электрического поля.

Апробация результатов исследования. Основные положения и выводы диссертационной работы прошли апробацию в следующих формах:

• в докладе на VIII Всероссийской школе-семинаре "Физика и применение микроволн", проходившей 26-30 мая 2001 г.;

• в докладе на 13 Российском Симпозиуме с Международным участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии", проходившем 1-3 декабря 2003 г.;

• в докладе на III Съезде биофизиков России, проходившем 24-29 июня 2004 г.;

• в докладе на II Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии "Медицинская физика - 2005", проходившем 21-24 июня 2005 г.

Диссертация обсуждена в Центре гидрофизических исследований физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и рекомендована к защите.

Личный вклад соискателя. Построение численной модели кластеров с ионом Иа+ или К+ в окружении молекул воды и получение выборок их равновесных конфигураций при 300 и 1 К осуществлялось полностью на написанном автором программном комплексе. Результаты расчетов были обработаны с помощью разработанной соискателем методики анализа структуры из сеток из водородных связей водного кластера с ионом, реализованной с помощью созданной им программы.

Все результаты диссертации, касающиеся экспериментов по воздействию низкоинтенсивного миллиметрового излучения на высшие растения, получены автором в соавторстве при непосредственном его участии. Их анализ и интерпретация проведены им лично.

В печатных работах, написанных в соавторстве, диссертанту принадлежит участие в постановке задачи, определении методов ее решения, разработке адекватного ей инструментария, проведении экспериментов и интерпретации их результатов.

Публикации по теме исследования. Содержание диссертационной работы изложено в 8 печатных работах, включая 4 тезисов, 4 статьи, в том числе 2 в отечественных (1 в рецензируемом журнале), а также в 2 зарубежных журналах.

Структура и объем диссертационной работы. Поставленная цель и задачи исследования определили структуру диссертационной работы. Она состоит из введения, 3-х глав, заключения, библиографического списка использованной литературы. В диссертации 140 страниц машинописного текста, 49 рисунков, 19 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 162 источника, в этом числе 32 иностранных источника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении обосновывается актуальность темы исследования, связанная с высокой важностью понимания механизмов воздействия низкоинтенсивных электромагнитных полей на биологические объекты. Здесь определяются объект, предмет, цель и задачи кандидатской работы, освещаются теоретические и методологические основы; определяется научная новизна, теоретическая значимость и практическая ценность исследования; формулируются положения, выносимые на защиту.

Первая глава "Взаимодействие водных сред с низкоинтенсивными электромагнитными полями" состоит из трех параграфов и посвящена систематизации информации по воздействию низкоинтенсивного электромагнитного излучения на биологические объекты и водные растворы, а также физико-химическим свойствам воды.

В первом параграфе "Эффекты воздействия низкоинтенсивных электромагнитных полей на биообъекты" систематизирована информация по воздействию низкоинтенсивного электромагнитного излучения на живые организмы.

Ретроспективный анализ действия низкоинтенсивного ЭМП на живые организмы (Бродовская, Королев, Нелюбина, 1973; Дружинин, Сазонов, Ягодинский, 1974; Achkas-ova, Pyatkin, Bryzgunova at. al., 1978; Ягодинский, 1981; Шарова, 1987; Дубров, 1990; Te-мурьянц, Владимирский, Тишкин, 1992; Петричук, Гайтинова, Шищенко, Нарциссов, 1992; Григорьев, Степанов, 1998; Пичугин, Ахматова, Падалка, Супруненко, 2002; Тома-шевская, Думанский, 2002; Зуев, Иванов, Галкин, 2002; Чуян, Темурьянц, Московчук и др., 2003; Бурлакова, Конрадов, Мальцева, 2003) выявил следующие закономерности: при увеличении (уменьшении) интенсивности воздействия от "экологического фона" наблюдается своеобразная зависимость "доза - эффект", которая может быть сопоставлена с лекарственным или ионизирующим воздействием. Исходя из существующих результатов различных экспериментальных работ, в том числе, проведенных автором на высших растениях (Хахалин, Морозов, Королев и др., 2001, 2002, 2003, 2004), было показано, что низкоинтенсивное электромагнитное поле влияет на жизнедеятельность биологических объектов. Одной из общепринятых причин этого являются изменения физико-химических свойств внутриклеточной и(или) внеклеточной водной среды.

Во втором параграфе "Особенности воздействия низкоинтенсивных электромагнитных полей на водные растворы" анализируются эффекты поглощения низкоинтенсивного электромагнитного излучения с водой.

Установлено, что однозначный механизм поглощения низкоинтенсивных ЭМП с водными растворами в настоящий момент отсутствует. Среди наиболее вероятных подходов к объяснению этого эффекта можно выделить следующие: 1) влияние магнитной компоненты электромагнитного поля на растворенные в водной среде молекулы кислорода, а также на кольцевые структуры из молекул воды; 2) влияние электрической компоненты электромагнитного поля на вращения молекул воды вокруг собственных осей и другой частицы. В биологических растворах у молекул воды вероятность упорядоченного движения по полю значительно уменьшается за счет сильного влияния макромолекул и высокой концентрации других примесных частиц. У молекул воды, находящихся в процессе постоянного теплового движения, все время изменяется потенциал внутреннего вращения. При определенных условиях для некоторых молекул воды он может быть близким нулевому значению. В эти моменты электрическая компонента низкоинтенсивного электромагнитного поля способна повлиять на них.

В третьем параграфе "Физико-химические свойства воды" систематизирована информация о роли водородных связей в физических свойствах воды и при ее взаимодействии с другими веществами.

Выявлена важная роль водородных связей в объяснении аномальных свойств воды и ее термодинамических состояний. Наличие "тройной точки" воды, скачков плотности и теплоемкости при плавлении льда, 11 структурных модификаций льда, необычной степени уменьшения объема при увеличении давления, высокого коэффициента поверхностного натяжения, а также существование переохлажденной воды и др. ее особенностей характеризуют высокую роль структурных изменений сетки из водородных связей в объяснении термодинамических состояний водных сред. Водородная связь обладает большой гибкостью, образовывая в воде непрерывную сетку из водородных связей между молекулами Н20.

Вода, являясь сильным растворителем, способна, разрывая свои водородные связи, присоединять молекулы или частицы молекул других веществ. Примесные частицы способны либо увеличивать подвижность окружающих их молекул воды (отрицательная гидратация), либо уменьшать ее (положительная гидратация). За счет Ван-дер-Ваальсовых сил молекулы воды способны взаимодействовать не только с молекулами и ионами, которые они непосредственно окружают (ближняя гидратация), но и с теми частицами, расположенными на расстоянии нескольких координационных сфер от них (дальняя гидратация). Следствием этого является способность примесных частиц влиять на динамику водородных связей не только ближних молекул воды, но и молекул Н20, не входящих в их первую координационную сферу.

Вторая глава "Метод численного моделирования содержащих ион водных кластеров при воздействии внешнего электрического поля" состоит из трех параграфов и посвящена описанию объекта численного эксперимента, существующих методов численного моделирования водных систем, метода математического моделирования гид-ратных кластеров с одним ионом Ыа+ или К+, а также изменений в них под воздействием внешнего электрического поля. Предложена и описана оригинальная методика анализа структуры сетки из водородных связей в водном кластере с ионом.

В первом параграфе "Модель водного кластера с одним центральным ионом" описана численная модель водного кластера, состоящего из иона или К+ в окружении молекул воды.

Для численного моделирования водных кластеров использовалась жесткая модель воды с длиной связи ОН — 0,98 А и тетраэдрическим углом НОН (град.) - 109,52 (Бушуев, 1990). Для расчетов межмолекулярных взаимодействий молекул воды друг с другом и с катионом Ыа+ или К+ использовались атом-атомные потенциальные функции, специально подобранных для таких систем (Рокеу, (ЗгокЫта, Ма1епкоу, 1984; Тер1икЫп, Ма1епкоу, Рокеу, 1998). Для этого применялся генератор случайных чисел двойной точности "11ап2" из работы (УеПег1и^, Р1аппегу, ТеикоЬку, 1992), показывавший на 10000 выборке среднее число 0,498 при среднеквадратичном отклонении 0,083. Данный размер выборки оп-

ределялся на основании оптимального использования доступных вычислительных мощностей.

Для учета эффекта испарения молекул воды из кластера в процессе расчетов использовался метод ближайшего образа с периодическими граничными условиями (сторона кубической ячейки составляла 40 А). Энергетические и структурные характеристики водных оболочек ионов рассчитывали по статистически значимой выборке молекулярных конфигураций, образующих канонический ансамбль Гиббса (не менее 107 вариантов на каждую молекулу воды).

Под структурной характеристикой сетки из водородных связей подразумевается набор водородо-связанных геометрических фигур. Каждая из них является связанным ориентированным (ребро направлено от кислорода, являющегося донором протона к кислороду - акцептору) графом, вершинами которого являются атомы кислорода, а ребрами - водородные связи между молекулами воды. Водородная связь в кластерах определялась на основании геометрического критерия (Poltev, Grokhlina, Malenkov, 1984).

Моделирование процесса гидратации осуществлялось посредством генерирования равновесных при температурах 1 и 300 К конфигураций из молекул воды, взаимодействующих друг с другом и с гидратируемым ионом Na+ или К+. Их получение производилось методом Монте-Карло (Metropolis et al., 1953). Из последовательно получаемых равновесных конфигураций с шагом 1000 формировалась 10000 выборка. Радиус первой координационной сферы для иона К+ принимался равным 3,68 А, а для иона Na+ - 3,19 А.

Амплитуда смещения каждой молекулы воды задавалась следующим выражением: Д=(2 • Random -1) • ^/г , где Random — это случайное число, принадлежащее интервалу [-1; 1], а Т - температура. При Т=300 К максимально возможная амплитуда смещения составляла 0,86 А.

Во втором параграфе "Методика анализа структуры сеток из водородных связей" описывается оригинальный способ анализа структурных характеристик водного кластера с ионом.

Анализ структуры из сетки водородных связей конфигурации водного кластера с ионом осуществляется по следующим признакам: 1) количество молекул воды, входящих в первую координационную сферу иона; 2) количество водородо-связанных фигур из молекул воды (сюда же входят не связанные водородными связями "одиночные" молекулы воды); 3) набор количеств молекул воды в каждой водородо-связанной фигуре (набор количеств вершин графов); 4) набор количеств водородных связей в каждой водородо-связанной фигуре (набор количеств ребер графов); 5) наборы количеств образованных каждой молекулой воды в водородо-связанной фигуре водородных связей (наборы степеней вершин графов). В случае отсутствия различий во всех вышеперечисленных характеристиках у двух структур из сеток водородных связей считалось, что они принадлежат одному типу структуры сетки из водородных связей.

Данная методика позволяет определить точное соответствие каждой молекуле во-

ды из сравниваемого кластера аналогичной молекуле в эталонном кластере. Она не позволяет учесть только хиральность водородо-связанных фигур из молекул воды.

Количественной характеристикой типа структуры из сеток водородных связей служил весовой коэффициент, представляющий собой процентную долю в 10000 выборке принадлежащих ему таких структур (например, если в выборке присутствует 100 конфигураций с одинаковой структурой из сеток водородных связей, то их типу соответствует весовой коэффициент равный 1%). Различные типы структур из сеток водородных связей классифицировались следующим образом: 1) часто реализуемый тип - присутствует в выборке с вероятностью более 1% (значение весового коэффициента > 1); 2) редко реализуемый тип - встречается в выборке с вероятностью менее 1% (значение весового коэффициента < 1).

После выявления всех различных типов структур сеток из водородных связей проводилось их ранжирование по значениям им соответствующих весовых коэффициентов в выборке (10000 равновесных конфигураций водных кластеров с ионом Ыа+ или К+). Полученные в результате расчетов наборы типов сравнивались с соответствующими наборами, полученными при моделировании кластеров, находящихся под воздействием внешнего электрического поля различных напряженностей.

В третьем параграфе "Учет внешнего электрического поля в модели водного кластера с одним центральным ионом" описывается способ учета внешнего электрического поля в создаваемой расчетной модели.

Напряженности электрического поля были эквивалентны следующим эквивалентным мощностям электромагнитного излучения: 1) 6,6 мВт/см2 (112,21 В/м); 2) 30,0 мВт/см2 (237,79 В/м).

Вектор электрического поля был коллинеарен и равнонаправлен вектору с неизменными во всех расчетах координатами (1; 1; 1) в декартовой системе координат, привязанной к центру элементарной расчетной ячейки.

Вклад электрического поля в каждом шаге Монте-Карло в энергию системы был следующим: dW(ккaл/мoль) = Е(В/м) ■ Д(А) • q(eд.элeм.зap.) • 2,304-10"9, где заряды атомов q были равны 0,68 (для атома кислорода) и 0,34 (для атома водорода).

Воздействие электрического поля с напряженностями 112,21 и 237,79 В/м приводило к изменениям в координатах одной молекулы воды в водном кластере с ионом или К+. До некоторого шага Монте-Карло все координаты атомов в системе с точностью до 3 знака после запятой не различались. Но с определенного шага происходил либо разрыв, либо образование водородной связи, не характерный для той же системы, но без воздействия поля. С данной переходной конфигурации с интервалом в 1000 шагов Монте-Карло формировалась 10000 выборка. В ней анализировались весовые коэффициенты всех вероятных конфигураций и сравнивались с такими же параметрами аналогичных им типов структур сеток из водородных связей у конфигураций, полученных в аналогичных выборках, но без воздействия внешнего электрического поля.

Третья глава "Моделирование процессов воздействия низкоинтенсивного поля на водные кластеры с ионом Ка+ или К*" состоит из трех параграфов и посвящена описанию и анализу результатов численного эксперимента по воздействию на кластер с ионом Ыа+ или К+ в окружении молекул воды внешнего электрического поля с различными величинами напряженности.

В первом параграфе "Результаты численного моделирования равновесных конфигураций водного кластера с ионом при температуре 300 К " описываются результаты серии численных экспериментов по исследованию равновесных при температуре 300 К конфигураций водных кластеров с ионом Ыа+ или К+.

На рис. 1 представлена зависимость количества различных типов структур сеток водородных связей в водном кластере с ионом Ыа+ или К+ от числа присутствующих в нем молекул воды.

4000

» 3500

5 6 7

Количество молекул воды в кластере

Рисунок 1. Зависимость количества различных конфигураций натриевого и калиевого кластера от числа молекул воды в нем содержащегося.

Степенной рост этой кривой определяет быстрое уменьшение вероятности появления в 10000 выборке всех возможных конфигураций водного кластера с ионом при увеличении в нем количества молекул.

Доля часто реализуемых типов структур сеток из водородных связей от их общего количества в 10000 выборке для кластеров с ионом или К+ в присутствии молекул воды (от 2 до 9) убывает по близкому к степенному виду закону. Доли таких типов среди всех остальных в 10000 выборке для кластеров с ионом Ыа+ или К+ в окружении 8 молекул воды составляют 49,56±0,68 % или 26,64±0,98 % соответственно, а для 9 молекул во-

ды они уже соответственно составляют 23,07±2,37 % или 2,05±1,50 %. Поэтому водный кластер из 9 молекул воды и иона Иа+ или К+ не подходит для исследования воздействия на него внешнего низкоинтенсивного электрического поля при 10000 выборке.

Для численных экспериментов были выбраны кластеры с ионом Ыа+ или К* в окружении 8 молекул воды. Для такого количества молекул воды без внешнего воздействия в натриевом кластере существуют 17±1 часто встречающихся типов сеток водородных связей из 1011±28 их общего количества, а в калиевом кластере — 14±2 из 1588±3.

На рис. 2 представлены наиболее часто реализуемые в 10000 выборке равновесные при 300 К конфигурации кластера с ионом или К+ в окружении 8 молекул воды. На нем приведены значения весового коэффициента (К), потенциальной энергии кластера (V/), количество молекул в первой координационной сфере (ПКС) центрального иона (О!), а также минимальная ^и„„), средняя и максимальная (\*/макс) потенциальные энергии для кластеров с одинаковым типом структуры сетки из водородных связей.

к=«,б1 %

№/=-120,76 ккал/мопь

сн=е

«.,„=-126,6210.51 ккал/моль 1Л/Ср=-119,ба±0,01 ккал/моль "¥„.«¡■-107,0811,00 ккал/моль

К® 2,81 %

\П/=-89,05 ккал/моль С№5

Ми,.,—92,9710,28 ккал/моль \Л/Ср«-86,9710,13 ккал/моль ^м1кй=-78,6010,61 ккал/моль

Рисунок 2. Конфигурации натриевого и калиевого кластеров в окружении 8 молекул воды с наиболее часто встречающимися типам структур сеток из водородных связей (№1).

Интересным фактом оказалось отсутствие у равновесных конфигураций часто встречающихся типов структур сеток водородных связей в кластере с ионом Ыа+ или К+ в окружении 8 молекул воды минимальной потенциальной энергии. На рис. 3 показаны конфигурации кластеров с такой энергией.

Натриевый и калиевый кластеры с наименьшей потенциальной энергией при 300 К

Вид сверху Вид сверху

■у

г-®» т >

Вид спереди

и ^

9 '

Вид спереди

,.....<

V "Гш

Г!

—1

Вид сбоку

? ь

/г

Параметры кластера

К=0,03%

М/=-130,03 ккал/моль СЫ=7

№м|М=-130,03±0,09 ккал/моль Wep^-1гZ,44±0,7S ккал/моль *Л/и,„с=-118,45±0136 ккал/моль

Ч \

Параметры кластера

К=0,08 %

№-104,08 ккал/моль СЫ=8

УУн|«=-104,08±0,06 ккал/моль \Л/ср=-97,20±0,95 ккал/моль Wu.up-92.76i0,62 ккал/моль

Рисунок 3. Конфигурации натриевого и калиевого кластеров в окружении 8 молекул воды с минимальными значениями потенциальной энергии.

Во втором параграфе "Анализ равновесных при температуре 1 К конфигураций водного кластера в присутствии иона" описываются результаты серии численных экспериментов по исследованию равновесных при температуре 1 К конфигураций водных кластеров с ионом Ыа+ или К+ в окружении различного количества молекул воды с минимизированными значениями потенциальной энергии.

Из серий зависимостей потенциальной энергии взаимодействия иона Иа+ с одной молекулой воды в кластере от ее расстояния до иона, соответствующих различному количеству молекул воды, следует существование трех ее пространственных областей устойчивости. Они расположены на следующих характерных расстояниях от центра атома кислорода до иона Ыа+: 2,37±0,02 А; 3,82±0,11 А; 6,28±0,07 А. Все расстояния определялись между центрами иона и атома кислорода в исследуемой молекуле воды.

Серия аналогичных зависимостей для иона К+ в окружении различного количества молекул воды так же выявляет данные области, но с большими соответствующими расстояниями до иона: 2,75+0,01 А; 4,40±0,03 А; 6,48±0,23 А. Расстояния определялись так же, как и в предыдущем случае.

Интересным фактом является то, что средние арифметические значения характерных расстояний первых двух областей устойчивости для кластеров с ионом Ыа+ или К+ соответствуют радиусам первых координационных сфер центральных ионов.

Для иона он равен 3,19 А. Среднее арифметическое значение двух выявленных нами расстояний 2,37+0,02 А и 3,82±0,11 А составляет 3,09+0,10 А.

Характерный радиус первой координационной сферы для иона К+ равен 3,68 А. Среднее арифметическое значение двух выявленных нами расстояний 2,75±0,01 А и 4,40±0,03 А составляет 3,5б±0,03 А.

Зависимость различного количества типов структур сеток из водородных связей для натриевых и калиевых водных кластеров с минимизированной потенциальной энергией от числа присутствующих в них молекул воды имеет форму возрастающей степенной функции. В кластере с ионом Ыа+ в окружении 8 молекул воды при температуре 1 К выявлено 709±5 различных типов структур из сеток водородных связей. Из них 23±1 часто реализуются. В калиевом кластере с таким же количеством молекул воды обнаружено 800±15 различных типов структур сеток из водородных связей. Из них 24±1 часто реализуются. На рис. 4 представлены наиболее часто реализуемые при температуре 1 К конфигурации натриевого и калиевого кластера с минимизированной потенциальной энергии в окружении 8 молекул воды.

К=5,57%

35,94 к кал/моль СМ=5

36,0010,02 к кал/моль УССр~136,04±а,05 ккал/моль ^/„„хв-ЧЗб.вЙО.'Ю ккал/моль

К=3,2%

№-108,35 ккал/моль СЫ=5

№ымг*-105,40±0,08 ккал/моль *Л/Ср=-105,33±0,02 ккал/моль ЧУ1Мке=-105,25±0,09 ккал/моль

Рисунок 4. Конфигурации натриевого и калиевого кластеров в окружении 8 молекул воды с наиболее часто встречающимися типам структур сеток из водородных связей.

Интересным фактом оказалось отсутствие среди равновесных конфигураций при 1 К, соответствующим часто встречающимся типам структур сеток из водородных связей, конфигураций с минимальной потенциальной энергией. На рис. 5. изображены конфигурации таких кластеров с ионами Ыа+ и К+ в окружении 8 молекул воды.

В третьем параграфе "Результаты численного эксперимента по воздействию электрического поля различной напряженности на водные кластеры с ионом или К*"" описываются результаты воздействия на кластер с ионом или К+ в окружении 8 молекул воды электрического поля с напряженностями, эквивалентными мощностям низкоинтенсивного электромагнитного излучения и электромагнитного поля, способного оказать тепловое воздействие.

На рис. 6-9 показаны спектры типов структур сеток из водородных связей кластеров с ионом Ыа+ или К+ в окружении 8 молекул воды под воздействием внешнего электрического поля с напряженностями 112,21 и 237,79 В/м, а также без его влияния. Каждый из рисунков содержит наборы весовых коэффициентов для каждого часто встречающегося типа структуры сетки из водородных связей в отсутствии поля и при его воздействии на кластер. По оси ординат отложены весовые коэффициенты для каждого типа

структуры сетки из водородных связей. Доверительные интервалы ошибок указаны с вероятностью 95%.

Натриевый и калиевый кластеры с наименьшей потенциальной энергией при 1 К

Вид сверху

1 *

/ е © :

«у4?

» 5*

•У ~ г

Вид спереди

6 1 *

Вид сбоку

Параметры кластера

К=0,06 %

(Л/—138,28 ккал/моль СЫ=7

Параметры кластера

К=0,65%

УУ—-113,30 ккал/моль СЫ=8

\IW-138,28*0,01 ккал/моль \Л/Ср=-138,20±0,03 ккал/моль ^/„,„,=-138,1310,04 ккал/моль

\Л/ит=-113,30±0,05 ккал/моль «/^=-112,90*0,21 ккал/моль У1/ы,„.=-112,33±0,40 ккал/моль

Рисунок 5. Конфигурации натриевого и калиевого кластеров в окружении 8 молекул воды с минимальными значениями потенциальной энергии.

Воздействие внешнего электрического поля с напряженностями 112,21 и 237,79 В/м (6,6 и 30 мВт/см2) на водный кластер с ионом Ыа+ не привело к достоверным изменениям в весовых коэффициентах часто встречающихся типов структур сеток из водородных связей в 10000 выборке его конфигураций. Так же не изменилось общее количество различных типов структур из сеток водородных связей и средняя потенциальная энергия системы.

•е-■е-

5 6 7 Номера типов

Рисунок 6. Спектры часто встречающихся типов структур сеток из водородных связей кластера с ионом в окружении 8 молекул воды, полученные под воздействием внешнего электрического поля с напряженностью 237,79 В/м и в его отсутствии.

Низкоинтенсивное электрическое поле привело к избирательному смещению молекул воды в некоторых конфигурация кластеров (переходные конфигурации) без переключения в них водородных связей. Дальнейшее поведение модифицированной таким образом системы приводило к изменению очередности появления равновесных при температуре 300 К конфигураций водных кластеров с ионом Иа+ или К+. Т.е. у них изменилась последовательность появления типов структур сеток из водородных связей.

Свободную энергию кластера характеризует величина дисперсии среднего расстояния от входящих в его состав молекул воды до его центра. Воздействие внешнего электрического поля каждой из 2-х выбранных напряженностей не привело к достоверным изменениям как в значениях средних расстояний от молекул воды до центров кластеров с часто встречающимися типами структур сеток из водородных связей, так и дис-

персий этих величин. При изменении очередности появления конфигураций этих кластеров в системе изменилась эволюция ее свободной энергии.

Номера типов

Рисунок 7. Спектры часто встречающихся типов структур сеток из водородных связей кластера с ионом Ыа+ в окружении 8 молекул воды, полученные под воздействием внешнего электрического поля с напряженностью 112,21 В/м и в его отсутствии.

Номера типов

Рисунок 8. Спектры часто встречающихся типов структур сеток из водородных связей кластера с ионом К+ в окружении 8 молекул воды, полученные под воздействием внешнего электрического поля с напряженностью 237,79 В/м и в его отсутствии.

Номера тнпов

Рисунок 9. Спектры часто встречающихся типов структур сеток из водородных связей кластера с ионом К+ в окружении 8 молекул воды, полученные под воздействием внешнего электрического поля с напряженностью 112,21 В/м и в его отсутствии.

На рис. 10 и 11 представлены переходные конфигурации кластеров с ионом Ыа+ или К* в окружении 8 молекул воды, одна из которых изменила свое положение под воздействие электрического поля ранее выбранных напряженностей.

В табл. 1 представлены начальные расстояния между одной из 8 молекул воды, в которой произошли изменения под воздействием внешнего электрического поля, и присутствующим в кластере ионом или К+.

Таблица 1

Исходные расстояния между измененной внешним электрическим полем одной из 8 молекул воды __в переходном кластере с ионом Ыа4 или К*_

£(напряженность внешнего электрического поля), В/м (мВт/см2) Jft переходного кластера (тип присутствующего в кластере иона) Г(о (исходное расстояние от атома кислорода молекулы воды, в координатах которой произошли изменения, до центра иона), А К,¡20 (исходное расстояние от центра масс молекулы воды, в координатах которой произошли изменения, до центра иона), А

237,79 (30,0) 112,21 (6,6) 1 (Na4) 2,50±0,01 2,55±0,01

112,21 (6,6) 2 (Na4) 2,57±0,01 2,62±0,01

112,21 (6,6) 1(К+) 2,95±0,01 3,00±0,01

237,79 (30,0) 2 (К4) 3,04±0,01 3,08±0,01

Переходные натриевые кластеры №1 №2

Вид сверху

Направление вектора ?

Вид сверху

Направление вектора е

Вид спереди

Направление вектора Е

Вид спереди

Направление вектора Е

Вид сбоку Вид сбоку

Направление вектора ^ Направление вектора Е

Рисунок 10, Переходные натриевые кластеры под воздействие электрического поля с напряженностями 112,21 и 237,79 В/м.

Переходные калиевые кластеры

№1 Вид сверху

Направление вектора ^

Вид сверху

Направление вектора^

Вид спереди

Направление вектора Ё?

Вид спереди

Направление вектора Ё'

Вид сбоку

Направление вектора Е

Вид сбоку

Направление вектора ё

Рисунок 11. Переходные калиевые кластеры под воздействие электрического с напряженностями 112,21 и 237,79 В/м.

Из табл. 1 видно, что для натриевого кластера наиболее подвержены низкоинтенсивному электрическому полю молекулы воды, расположенные от иона на расстоянии 2,54 А. Изменения в калиевом кластере происходят в молекуле воды, расположенной на расстоянии 3,00 А от иона К+. Переходные кластеры имеют избирательную восприимчивость к электрическому полю. Так, в переходном натриевом кластере №1 изменения выявлены при двух разных величинах напряженности электрического поля, а в переходном кластере №2 с ионом Ыа+ изменения произошли только при величине напряженности электрического поля 112,21 В/м.

Характерной особенностью всех выявленных переходных кластеров является то, что окружающие их молекулы воды в ПКС центрального иона Ыа+ или К+ расположены симметрично относительно трех взаимоперпендикулярных плоскостей, проходящих через молекулу воды и ион. В таком случае силы, действующие на эту молекулу воды в тангенциальном направлении к ПКС иона со стороны окружающих ее молекул Н20 способны компенсироваться, поэтому низкоинтенсивное электрическое поле может повлиять на нее и, следовательно, на кластер в целом.

Из выявленных переходных кластеров только у натриевого кластера №2 тип структуры сетки из водородных связей часто реализуемый (ему соответствует часто появляющийся тип №4). Поэтому воздействие электрических полей на данный кластер способно с большей вероятностью привести к изменению в положении находящихся в его ПКС одной молекулы воды, чем в калиевом водном кластере.

Потенциальная энергия взаимодействия центрального иона с молекулами воды в ПКС способна принимать самые большие значения по сравнению с потенциальными энергиями взаимодействия с ним молекул Н20 из других координационных сфер. Результат воздействия поля на молекулы воды внутри кластера (ядро кластера) более значим для его последующей эволюции, чем изменения на периферии. Модификация структур гидратных оболочек биологически важных ионов или биомолекул мембран может повлиять на мембранную проницаемость живой клетки (Бульенков, 1991).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика анализа структуры сеток из водородных связей молекул воды в кластере с примесной частицей (ионом или молекулой).

2. Выявлены часто встречающиеся типы сеток водородных связей у равновесных при температуре 1 и 300 К конфигураций кластера с ионом Ыа+ и К+ в окружении 8 молекул воды.

3. Установлено, что часто встречающиеся типы структур сеток водородных связей в кластере с ионом №+ или К+ в окружении 8 молекул воды при температурах 1 и 300 К соответствуют его равновесным конфигурациям, не обладающим минимальной потенциальной энергией.

4. Показано, что электрическая компонента электромагнитного поля приводит к изменению очередности появления равновесных при температуре 300 К конфи-

гураций водных кластеров в присутствии ионов без изменения весовых коэффициентов, соответствующих их типам структур сеток из водородных связей.

5. Установлено, что кластеры, состоящие из иона в окружении молекул воды, расположенных в первой координационной сфере симметрично относительно трех взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через одну молекулу воды и ион, восприимчивы к воздействию низкоинтенсивного электрического поля.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Хахалин A.B., Теплухин A.B. Исследование сеток водородных связей в водных кластерах, содержащих ион Na+ или К+ // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. № 1-2. С. 70-74.

2. Хахалин A.B., Теплухин A.B. Моделирование водных кластеров, содержащих ион Na+ или К+ // Сборник материалов II Евразийского конгресса по медицинской физике и инженерии "Медицинская физика - 2005". Москва, 21-24 июня 2005. С. 325-326. -398 с.

3. Королев А.Ф., Петров В.А., Хахалин A.B. Влияние физических факторов на скорость распространения и процессы генерации потенциала действия у высших растений // Тезисы докладов III Съезда биофизиков России. Воронеж, 2429 июня 2004. Т. 2. С. 668-669. -840 с.

4. Королев А.Ф., Морозов В.О., Сысоев H.H., Хахалин A.B. Мембранные процессы в генерации потенциала действия в ММ-диапазоне у высших растений //13 Российский Симпозиум с Международным участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии". Звенигород, 1-3 декабря 2003. С. 151-153.

5. Khakhalin A.V., Korolev A.F., Krotov S.S., Sysoev N.N., Pulino A. Concepts of the effective electromagnetic functional influence on biological structures // 2nd European Symposium on Non-Lethal Weapons. Ettlingen. Germany, May 13-14, 2003. P. 17-(1-11).

6. Королев А.Ф., Морозов B.O., Романовский Ю.М., Хахалин A.B. Мембранные процессы в генерации потенциала действия при MM-облучении у высших растений // Миллиметровые волны в биологии и медицине, 2002. Т. 25. №1. С. 6267.

7. Korolev A.F., Morozov V.O., Romanovsky Yu.M., and Khakhalin A.V. Membrane Processes in Generation of the Action Potential of Higher Plants Exposed to Millimeter Radiation //PHYSICS OF VIBRATIONS, 2001. V. 9. N. 3, P. 163-167.

8. Морозов B.O., Хахалин A.B. Мембранные процессы в генерации потенциала действия в ММ-диалазоне у высших растений // Труды VIII Всероссийской школы-семинара "Физика и применение микроволн". Звенигород, 26-30 мая 2001. Ч. 1.С. 15-16.

Подписано к печати Ш.И.ПЬ Тираж 100 Заказ 1?Я

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Хахалин, Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДНЫХ СРЕД

С НИЗКОИНТЕНСИВНЫМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ.

§ 1 Эффекты воздействия низкоинтенсивных электромагнитных полей на биообъекты.

§2 Особенности воздействия низкоинтенсивных электромагнитных полей на водные растворы.

§3 Физико-химические свойства воды.

ГЛАВА 2 МЕТОД ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СОДЕРЖАЩИХ ИОН ВОДНЫХ КЛАСТЕРОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВНЕШНЕГО

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

§1 Модель водного кластера с одним центральным ионом.

§2 Методика анализа структуры сеток из водородных связей.

§3 Учет внешнего электрического поля в модели водного кластера с одним центральным ионом.

ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ПОЛЯ НА ВОДНЫЕ КЛАСТЕРЫ С ИОНОМ

Na+ ИЛИ К+.

§ 1 Результаты численного моделирования равновесных конфигураций водного кластера с ионом при температуре 300 К.

§2 Анализ равновесных при температуре 1 К конфигураций водного кластера в присутствии иона.

§3 Результаты численного эксперимента по воздействию электрического поля различной напряженности на водные кластеры с ионом Na+ или К+.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние низкоинтенсивного электромагнитного поля на водные кластеры в присутствии ионов"

Актуальность работы. Активное использование низкоинтенсивного электромагнитного излучения (ЭМИ) в жизнедеятельности людей актуализирует вопрос о безопасности его воздействия на человека и живые организмы. Существующие в настоящий момент санитарные нормы и правила (СанПиН) РФ обоснованы в учете только теплового воздействия на биообъекты внешнего электромагнитного поля (СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03; СанПиН 2.1.8/2.2.4.119003; МГСН 2-03-97) [1,2]. Экологические нормативы для радиопередающей аппаратуры, электроаппаратуры и т.д. разработаны без учета биологических эффектов низкоинтенсивного электромагнитного поля (ЭМП). Разрабатываемые новые безопасные для человека критерии применимости низкоинтенсивного ЭМП различных диапазонов частот и мощностей, основаны на экспериментальных данных. Они не имеют точного теоретического обоснования получаемых границ их безопасного воздействия на человека. Одной из главных причин, осложняющих разработку данного вопроса, является отсутствие общепринятого теоретического обоснования механизма воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения (ЭМИ) на биологические объекты.

На сегодняшний день существует большое количество экспериментальных данных, свидетельствующих о влиянии низкоинтенсивного электромагнитного излучения на различные биологические процессы в живых организмах [3-25].

При взаимодействии низкоинтенсивного электромагнитного излучения (плотность потока мощности менее 10 мВт/см ) с биологическими объектами интегральный нагрев не превышает 0,1 градуса. Поэтому эффект от него не связан ни с термическим, ни с радиационным разрушением ткани [26].

В связи с отсутствием у живых организмов специальных рецепторов к миллиметровому излучению (ММ) [27; 28; 29], можно предположить высокую роль воды в механизме воздействия низкоинтенсивного ЭМИ на живые организмы. В пользу этого предположения свидетельствуют биологические эффекты от помещения живой материи в предварительно облученную воду [30;31].

Одно из возможных объяснений феномена воздействия низкоинтенсивного ММ-излучения на биологические объекты дано Фрёлихом [32]. Согласно его теории, оно приводит к переходу когерентных дипольных возбуждений в биологических системах из метастабильного состояния в основное состояние. В результате возникает большое множество молекул воды с согласованным направлением векторов дипольных моментов, являющееся частным случаем когерентного состояния многочастичной системы. Это может приводить к структурным изменениям в водных системах, что способно оказать существенное влияние на динамику находящихся в них макромолекул [33].

Важную роль в объяснении ее свойств играют водородные связи между молекулами воды. Учитывая небольшую глубину поглощения ММ-излучения в водных средах (~1 мм), представляется целесообразным построение теоретических моделей их взаимодействия с низкоинтенсивными ЭМП на микроскопическом уровне в присутствии биологически важных ионов. Важную роль в объяснении свойств воды играет динамика структуры непрерывной сетки из ее водородных связей. В настоящее время имеется большое количество экспериментальных данных, доказывающих существование устойчивых кластеров молекул воды при различных условиях [34; 35].

В настоящее время отсутствуют экспериментальные методики, позволяющие проводить исследования мгновенной структуры сеток из водородных связей в жидкости. Подобные исследования можно проводить только методами численного моделирования. Однако существующие методы их исследования с помощью матриц смежности или таблиц донорно-акцепторных водородных связей [36], с помощью теории графов [37] или подсчета количества структур сеток из водородных связей заранее известного типа не учитывают все возможные вариации этих структур в водном кластере с ионом и сложны в интерпретации получаемых ими результатов.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

2. Разработать модель водного кластера с ионом.

3. Создать методику анализа структуры сетки из водородных связей в водном кластере.

Объектами исследования являлись кластеры с ионом Na+ или К+ в окружении различного количества молекул воды.

Научная новизна исследования заключается в том, что в диссертации:

2. Выявлены часто реализуемые при температурах 1 и 300 К типы структур сеток из водородных связей в водном кластере с ионом Na+ или К+ в присутствии 8 молекул воды.

4. Впервые определены конфигурации кластеров с ионом Na+ или К+ в окружении 8 молекул воды при температуре 300 К, в которых происходят достоверные изменения координат у одной из молекул воды под воздействием электрического поля следующих напряженностей: 112,21 В/м (6,6 мВт/см2); 237,79 В/м (30 мВт/см2);

Теоретическая значимость. В работе доказана принципиальная возможность низкоинтенсивного электрического поля приводить к изменениям в водных кластерах. Разработана методика анализа структуры сетки из водородных связей, позволившая провести классификацию всех ее геометрических разновидностей, за исключением эффекта хиральности, у равновесных конфигураций при температурах 1 и 300 К кластера с ионом Na+ или К+ в окружении различного количества молекул воды. Она открывает новые возможности для статического и динамического исследований структуры сеток из водородных связей водных кластеров в присутствии ионов.

Практическая значимость. Результаты данной работы могут оказать практическую пользу для исследований по изучению влияния на биологические объекты низкоинтенсивных электромагнитных полей. В частности, результаты выполненной работы могут быть использованы при создании моделей взаимодействия биологических объектов с низкоинтенсивным электромагнитным излучением, по которым можно было бы определить критерии их безопасного применения. Большой практической ценностью обладает разработанный подход к исследованию состояния гидратных кластеров, главным компонентом которого является методика анализа структуры сеток из водородных связей, входящих в их состав молекул воды. Полученные с ее помощью вероятные типы структур сеток из водородных связей кластера с ионом Na+ или К+ в окружении 8 молекул воды, а также его переходные кон-фигурации могут быть полезны для исследования механизмов воздействия низкоинтенсивных физических полей на водные среды.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В кластере с ионом Na+ или К+ в окружении 8 молекул воды при температуре 1 К часто реализуются конфигурации с 17±1 (в случае иона

Na+) и 14±2 (в случае иона К+) различными типами сеток из водородных связей.

2. При температуре 300 К в кластере с ионом Na+ или К+ в окружении 8 молекул воды часто реализуются конфигурации с 23±1 (в случае иона Na+) и 24±1 (в случае иона К+) различными типами сеток из водородных связей.

3. Часто встречающиеся типы структур сеток водородных связей в кластере с ионом Na+ или К+ в окружении 8 молекул воды при температурах 1 и 300 К соответствуют его равновесным конфигурациям, не обладающим минимальной потенциальной энергией.

• в докладе на VIII Всероссийской школе-семинаре "Физика и применение микроволн", проходившей 26-30 мая 2001 г.;

• в докладе на III Съезде биофизиков России, проходившем 24-29 июня 2004 г.;

Личный вклад соискателя. Построение численной модели кластеров с ионом Na+ или К+ в окружении молекул воды и получение выборок их равновесных конфигураций при 300 и 1 К осуществлялось полностью на написанном автором программном комплексе. Результаты расчетов были обработаны с помощью разработанной соискателем методики анализа структуры из сеток из водородных связей водного кластера с ионом, реализованной с помощью созданной им программы.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Хахалин, Андрей Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из проведенных численных экспериментов следует, что воздействие низкоинтенсивного электрического поля приводит к изменению очередности появления различных структур сеток из водородных связей в водных кластерах, состоящих из биологически важного иона Na+ или К+ в окружении 8 молекул воды при температуре 300 К. Эти изменения проявляются в последовательности переключения водородных связей и, следовательно, могут приводить как к возникновению, так и распаду новых ассоциатов молекул воды.

Первичными рецепторами низкоинтенсивного электрического поля являются не все молекулы Н20, а лишь некоторые из них, находящиеся в переходных конфигурациях. Именно они определяют критическое значение интенсивности внешнего электромагнитного поля, которое по теории Фрелиха способно приводить к когерентным дипольным колебаниям в биологических системах.

Проведенные численные эксперименты показали, что низкоинтенсивное поле приводит к избирательному смещению молекул воды без переключения водородных связей в переходных конфигурациях водных кластеров с ионом. Появление переходной конфигурации в выборке имеет вероятностную природу. Поэтому начальные условия приводили к существенному разбросу времени, через которое внешнее низкоинтенсивное электромагнитное поле способно привести к смещению конкретных молекул воды. Данный факт показывает сложность учета эффекта от воздействия низкоинтенсивных электрических полей, по сравнению с полями тепловой мощности. С увеличением напряженности поля в экспериментах уменьшеналось необходимое время его воздействия на кластер с ионом Na+ или К+ с 8 молекулами воды для обнаружения изменений в координатах находящихся в нем молекул Н20.

Низкоинтенсивное электромагнитное поле способно привести к смещению молекулы воды в тот момент, когда образовываемые ею водородные связи с соседними атомами ослабевают. В этот момент молекула воды становится более свободной и получает возможность сориентироваться по полю. Уменьшить энергию водородной связи между двумя молекулами Н20 можно либо увеличив расстояния между их центрами масс, либо повернув одну молекулу Н2О относительно другой (искривление Н-связи). Влияние примесной частицы (в данной работе иона Na+ или К+) на молекулы воды, находящиеся в непосредственной близости от нее, значительно. Такие молекулы Н2О в большей степени ориентируются по ее полю, чем молекулы воды из более удаленных координационных сфер иона. Это приводит к значительным искривлениям водородных связей у каждой молекулы воды в первой координационной сфере иона с остальными молекулами НгО в ПКС. В некоторых (переходных) конфигурациях водных кластеров с ионом водородные связи искривляются настолько, что слабые за счет изогнутых водородных связей силы, удерижвающие молекулу Н20 в тангенциальных направлениях к ПКС, могут взаимно компенсироваться. В этом случае электрическая компонента низкоинтинсивного электромагнитного поля способна изменить положение этой молекулы в тангенциальных направлениях.

Численные эксперименты показали принципиальную возможность низкоинтенсивных электрических полей приводить к изменениям в координатах молекул воды, находящихся в первой координационной сфере иона Na+ или К+, окруженных 8 молекулами воды.

Последствия от воздействия поля на молекулы воды внутри кластера (ядро кластера) более значимы для его последующей эволюции, чем изменения на периферии. Потенциальная энергия взаимодействия центрального иона с молекулами воды в ПКС способна принимать самые большие значения по сравнению с потенциальными энергиями взаимодействия с ним молекул Н20 из других координационных сфер. Результат воздействия поля на молекулы воды внутри кластера (ядро кластера) более значим для его последующей эволюции, чем изменения на периферии. Модификация структур гидратных оболочек биологически важных ионов или биомолекул мембран может повлиять на мембранную проницаемость живой клетки.

Результаты, полученные на водных кластерах можно обобщить до эффектов на жидкостях в биологических организмах, потому что в них вода находится в тонких прослойках между макромолекулами в виде микрокапель. С увеличением в системе количества молекул воды возрастает вероятность появления переходных конфигураций и, следовательно, изменения в ней динамики сеток водородных связей.

На основании всего вышеизложенного можно выделить следующие основные результаты и выводы:

2. Выявлены часто встречающиеся типы сеток водородных связей у равновесных при температуре 1 и 300 К конфигураций кластера с ионом Na+ и К+ в окружении 8 молекул воды.

3. Установлено, что часто встречающиеся типы структур сеток водородных связей в кластере с ионом Na+ или К+ в окружении 8 молекул воды при температурах 1 и 300 К соответствуют его равновесным конфигурациям, не обладающим минимальной потенциальной энергией.

4. Показано, что электрическая компонента электромагнитного поля приводит к изменению очередности появления равновесных при температуре 300 К конфигураций водных кластеров в присутствии ионов без изменения весовых коэффициентов, соответствующих их типам структур сеток из водородных связей.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Хахалин, Андрей Владимирович, Москва

1. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. -22 с.

2. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. -27 с.

3. Гордон З.В. Вопросы гигиены труда и биологического действия электромагнитных полей сверхвысоких частот. JL: Медицина, 1966. 163 с.

4. Соловьев Н.А. Экспериментальное исследование биологического действия электрического поля низкой частоты // Новости медицинского приборостроения. 1967. Вып. 3. С. 101-107.

5. Толгская М.С., Гордон З.В. Морфологические изменения при действии электромагнитных волн радиочастот. М.: Медицина, 1971. 136 с.

6. Тягин Н.В. Клинические аспекты облучения СВЧ диапазона. JI.: Медицина, 1971.- 174 с.

7. Сердюк A.M. Взаимодействие организма с электромагнитными полями, как с факторами окружающей среды. Киев: Наукова Думка, 1977. 228 с.

8. Jungerman R.L., Rosenblum В. Magnetic induction for the sensing of magnetic fields by animal An analysis // J. Theor. Biol., 1980. V. 87. P. 25.

9. Кузин A.M., Каушанский Д.А. Прикладная радиобиология. M.: Энер-гоиздат, 1981.-222 с.

10. Бондаренко Н.Ф., Гак Е.З. Электромагнитные явления в природных водах. JL: Гидрометеоиздат, 1984. 152 с.

11. Казначеев В.П., Михайлова Л.П. Биоинформационная функция естественных электромагнитных полей. Новосибирск: Наука, 1985. 182 с.

12. Омори Т. Электромагнит и живые организмы. Токио: Никкан Коге Симбунся, 1987.

13. Мартынюк B.C. Влияние слабых переменных магнитных полей ин-франизких частот на временную организацию физиологических процессов // Дисс. канд. биол. наук. Симферополь, 1992. 156 с.

14. Белишева Н.К., Попов А.Н. Динамика морфофункционального состояния клеточных культур при вариациях геомагнитного поля в высоких широтах // Биофизика. 1995. Т. 40. №4. С. 755-764.

15. Отурина И.П. Влияние электромагнитного излучения крайне высокой частоты на фотосинтетическую активность кукурузы // Тезисы докладом Крымского Международного семинара "Космическая экология и ноосфера". Крым, Партенит. 6-11 октября 1997. С. 63-64.

16. Шогенов Ю.Х. Управление адаптацией растения низкоэнергетическими электрическими потенциалами // Дис. на соиск уч. степ. докт. техн. наук. М., 1999.-332 с.

17. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Роль формы сигнала в рецепции слабых низкочастотных полей мембраносвязанными системами клетки // II Международный Конгресс "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине". Труды. СПб., 3-7 июля 2000. С. 8-12.

18. Гольдман Р.Б. Комбинированное воздействие электромагнитных полей низкой и высокой частоты на семена риса // Дисс. . канд. техн. наук. Краснодар, 2002. -163 с.

19. Барышев М.Г. Взаимодействие низкочастотного магнитного поля с растительными объектами //Канд. докт. биол. наук. М., 2003. -332 с.

20. Фельдман М.Г. Влияние низкоинтенсивного инфракрасного лазерного излучения на рост и развитие гидробионтов // Дис. . канд. биол. наук. М., 2003.-110 с.

21. Хорсева Н.И. Экологическое значение естественных электромагнитных полей в период внутриутробного развития человека // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. М., 2004.

22. Рощина А.А. Исследование низкоинтенсивной лазерной коррекции состояния организма животных при массивной кровопотере // Дисс. . канд. биол. наук. М., 2004. -147 с.

23. Павлова Я.В. Экспериментальный комплекс и методы исследования взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения с кровью человека // Дис. канд. техн. наук. Барнаул, 2004. -116 с.

24. Ерохин В.Н., Кремцова А.В., Бурлакова Е.Б. Влияние низкоинтенсивного облучения и антиоксидантов в малых и сверхмалых дозах на развитие опухолевого процесса// Бюллетень сибирской медицины. 2005. №6.

25. Нетепловые эффекты миллиметрового излучения / Под ред. Н.Д. Де-вяткова. М.: ИРЭ АН СССР, 1981.

26. Голант М.Б. О проблеме резонансного действия когерентных электромагнитных излучений миллиметрового диапазона волн на живые организмы // Биофизика. 1989. Т. 4. №34. С. 339-348.

27. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.О. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М.: Радио и связь, 1991.

28. Бецкий О.В. Применение низкоинтенсивных электромагнитных миллиметровых волн в медицине // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 1992. №1. С. 5-12.

29. Гапочка Л.Д., Гапочка М.Г., Королев А.Ф., Костиенко А.И., Сухорукое А.П., Тимошкин И.В. Воздействие электромагнитного излучения КВЧ- и СВЧ-диапазона на жидкую воду // Вестник МГУ. Сер. Физика, Астрономия. 1994. Сер. 3. Т. 35. №4. С. 71-76.

30. Новиков В.В., Кувичкин В.В., Фесенко Е.Е. Влияние слабых комбинированных постоянного и переменного низкочастотного магнитных полей на собственную флуоресценцию ряда белков в водных растворах // Биофизика. 1999. Т. 44. Вып. 2. С. 224-230.

31. Frolich H., Kremer F. Coherent Excitation in Biological Systems: Springer-Verlag., New York, 1983.

32. Соловей А.Б. Компьютерное моделирование структуры связанной воды // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М., 2006. С. 13-16. 22 с.

33. Holland P.M., Castleman A.W. A Model for the Formation and Stabilization of Charged Water Clathrates //J. Chem. Phys. 1980. №72. P. 5984-5990.

34. Berneche S., Roux B. Energetics of ion conduction through the K+ channel //Nature. №414. P. 73-77.

35. Маленков Г.Г., Теплухин A.B., Полтев В.И. I- и F-структуры жидкой воды // Журнал структурной химии, 1989. Т. 30. №4. С. 89-97.

36. Harary F. Graph Theory. Addison-Wesley, Reading, MA, 1969. 274 p.

37. Шиян A.A. К механизму влияния структуры внешнего низкоинтенсивного воздействия на биологические системы // Биофизика. 1996. Вып. 3. Т. 41. С. 765-766.

38. Бецкий О.В., Голант М.Б., Девятков Н.Д. Миллиметровые волны в биологии. М.: Знание, 1988. -63 с.

39. Чуян Е.Н., Темурьянц Н.А., Московчук О.Б., Чирский Н.В., Верко Н.П., Туманьянц Е.Н., Пономарева В.П. Физиологические механизмы биологических эффектов низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ. Симферополь.: ЧП "Эльиньо", 2003.-448 с.

40. Бурлакова Е.Б., Конрадов А.А., Мальцева E.JI. Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов // Химическая физика, 2003. Т. 22. №2. С. 21-40.

41. Дударева JI.B. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на процессы роста и развития в растительной ткани // Дис. . канд. биол. наук. Иркутск, 2004.-151 с.

42. Хорсева Н.И. Экологическое значение естественных электромагнитных полей в период внутриутробного развития человека // Дисс. . канд. биол. наук. М., 2004. -144 с.

43. Владимиров Ю.А. Свободнорадикальное окисление липидов и физические свойства липидного слоя биологических мембран // Биофизика, 1987. Т. 32. №5. С. 830-841.

44. Лещенко Н.А. Некоторые показатели воздействия различных интен-сивностей СВЧ-колебаний на организм.: Дисс. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук. Ташкент. 1971.-176 с.

45. Корягин А.С., Ястребова А.А., Крылов В.Н., Корнаухов А.В. Влияние миллиметровых волн на устойчивость мембран эритроцитов, перекисное окисление липидов и активность ферментов сыворотки крови // ММ-волны в биологии и медицине. 2000. №2(18). С. 8-11.

46. Куликов В.Ю., Семенюк А. В., Колесникова Л.И. Перекисное окисление липидов и холодовой фактор. Новосибирск: Наука, 1988.

47. Cleary S.F., Garber F., Liu L.M. Effects of X-band microwave exposure on rabbit erythrocytes // Bioelectromagnetics. 1982. V. 3. P. 453-466.

48. Девятков Н.Д., Голант Н.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М., 1991.

49. Бецкий О.В. Механизмы воздействия низкоинтенсивных миллиметровых волн на биологические объекты (био-физический подход) // Миллиметровые волны в медицине и биологии: Материалы XI Российского симпоз. с межд. участием. М., 1997. С. 124-126.

50. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Действие непрерывного и модулированного ЭМИ КВЧ на клетки животных // Вестник новых медицинских технологий. 2000. Т. VII. №. 1.С. 20-25.

51. Григорьев Ю.Г., Степанов B.C. Формирование памяти (импринтинг) у цыплят после предварительного воздействия электромагнитных полей низких уровней // Радиационная биология. Радиоэкология, 1998. Т. 38. Вып. 2. С. 223231.

52. Шарова J1.B. Влияние внешнего электрического поля на эмбриогенез травянистой лягушки // Онтогенез, 1987. Т. 18. № 4. С. 443.

53. Бецкий О.В., Девятков Н.Д., Кислов В.В. Миллиметровые волны низкой интенсивности в медицине и биологии // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. №4. С. 13-29.

54. Бессонов А.Е. Миллиметровые волны в клинической медицине. М.,1997.

55. Гэлстон А., Девис Г., Сэттер Р. Жизнь зеленого растения. М: Мир, 1983.-552 с.

56. Крылов В.Н., Максимов Г.А. Физиологические аспекты КВЧ-терапии // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2001. Вып. 2(4). С. 8-15.

57. Беркинблит М.Б., Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах. М.: Наука, 1988.-288 с.

58. Зацепина Г.Н. Принципы функционирования электрической системы регуляции процессов жизнедеятельности //Дис. . докт. биол. наук. М., 1993. -54 с.

59. Зацепина Г.Н., Цаплев Ю.Б. Природа электрической полярности высшего растений //Биофизика. 1980. Вып. 1. Т. 25. С. 144-147.

60. Бородин И.Ф., Шогенов Ю.Х., Романовский Ю.М. Адаптация растений к локальному монохроматическому электромагнитному излучению // Доклады Россельхозакадемии. 1999. №6.

61. Шогенов Ю.Х., Миронова Е.А., Моисеенкова В.Ю., Романовский Ю.М. Влияние низкоинтенсивного локального электромагнитного излучения в диапазоне длин волн 330-3390 нм на биоэлектрическую активность растения // Физиология растений. 1999. Т. 36. №5. С. 1-7.

62. Биофизика: Учебник / Под ред. В.Ф. Антонова. М.: ВЛАДОС, 2003. С. 80. -288 с.

63. Опритов В.А., Пятыгин С.С., РетивинВ.Г. Биоэлектрогенез у высших растений. М.: Наука, 1991. -216 с.

64. Новак В.А., Иванкина Н.Г. Зависимость светоиндуцированного внутриклеточного электрического потенциала элодеи от процессов фотосинтеза // Цитология. 1977. Т. 19. №5. С. 508-513.

65. Воробьев J1.H. Регулирование ионного транспорта: теоретические и практические аспекты минерального питания растений // Итоги науки и техники. Сер. Физиология растений. М.: ВИНИТИ. 1988. Т. 5. С. 5-77.

66. Литвинов И.С., Образцов В.В. Изучение вязкости свободных и связанных с белком липидов в мембранах // Биофизика. 1982. Т. 21. №8. С. 14991509.

67. Мартыненко А.И. Электрические методы экспресс-диагностики фи-тотоксичности гербицидов //Автореф. канд. техн. наук. М., 1985. -18 с.

68. Антонов В.Ф., Черныш A.M., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Биофизика / Под ред. проф. В.Ф. Антонова. М.: ВЛАДОС, 2003. -288 с.

69. Маленкова Г. // Химия и жизнь. 1994. №7. С. 25.

70. Миронова Е.А. Электрические импульсы в высших растениях, инициируемые низкоинтенсивными локальными световыми воздействиями // Дисс. . канд. физ.-мат. наук. М., 2000. -109 с.

71. Хиженков П.К., Хребтов А.О., Барьяхтар Ф.Г. Индуктивно-частотный метод определения жизнеспособности семян // Электронная обработка материалов. 1992. №4. С. 63-64.

72. Шогенов Ю.Х. Малоэнергоемкие режимы электромагнитной стимуляции растений // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: ВИЭСХ, 1989. 332 с.

73. Тытик Д.Л. Локальный порядок и динамика в модельных водных системах / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 1997. С. 34-39. -109 с.

74. Барышев М.Г. Взаимодействие низкочастотного магнитного поля с растительными объектами // Дис. докт. биол. наук. М., 2003. С. 210. -332 с.

75. Beyer М., Kirchgessner М., Steinhart Н. Effect of several trace elements on distribution of N in peptic digestion in vitro of proteins // Nutrition Abstracts and Reviews. 1976. №46. P. 959.

76. Фершт Э. Структура и механизм действия ферментов. М.: Мир, 1980.

77. Родштат И.В. Новые физиологические подходы к оценке КВЧ-воздействия на биологические объекты // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. №3. С. 11-16.

78. Бецкий О.В. Вода и электромагнитные волны // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. №2. С. 3-6.

79. Бинги В.Н. Интерференция квантовых состояний ионов, связанных с белками в слабых магнитных полях // Биофизика. 1997. Т. 42. Вып. 6. С. 11861191.

80. Эмото М. Послания воды: Тайные коды кристаллов льда / Пер. с англ. М.: ООО Издательский дом "София", 2005. -96 с.

81. Otsuka I., Ozeki S. Does Magnetic Treatment of Water Change Its Properties?//J. Phys. Chem. B. 2006. №110(4). P. 1509-1512.

82. Дроздов C.B., Востриков A.A. Особенности строения и энергии малых кластеров воды //Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. Вып. 9. С. 81-86.

83. Синицын Н.И., Петросян В.И., Елкин В.А., Девятков Н.Д., Гуляев Ю.В., Бецкий О.В. Особая роль системы "Миллиметровые волны водная среда" в природе // Биомедицинская радиоэлектроника. 1999. №1. С. 3-21.

84. Бельский А.И. Влияние электромагнитного поля на рост и развитие растений // Электронная обработка материалов. 1977. №6. С. 69-71.

85. Geletyuk V.I., Kazachenko V.N., Chemeris N.K., Fesenko E.E. Dual ef2+ +fects of microwaves on single Ca -activated К channels in cultured kidney cells Vero. FEBS Lett. 1995. №359. P. 85-88.

86. Fesenko E.E., Geletyuk V.I., Kazachenko V.N., Chemeris N.K. Preliminary microwave irradiation of water solutions changes their channel-modifying activity // FEBS Lett. 1995. V.366. P. 49-52.

87. Владимиров Ю.А., Потепенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. М.: Высшая Школа, 1989. -256 с.

88. Наберухин Ю.И. Загадки воды // Соросовский образовательный журнал, 1996. №5.

89. Физическая энциклопедия / Под ред. A.M. Прохоров. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. Т.З. С. 79-80. -672 с.

90. Latimer W.M., Rodebush W.H. // J. Am. Chem. Soc. 1920. №42. P. 1419.

91. Bernal J.D., Fowler R.H. A theory of water and ionic solution, with particular reference to hydrogen and hydroxyl ions // J. Phys. Chem. .1933. V. 1. №8. P. 515-548.

92. Бульенков Н.А. О возможности роли гидратации как ведущего интеграционного фактора в организации биосистем на разных уровнях их иерархий //Биофизика. 1991. Т. 36. Вып. 2. С. 181-243.

93. Лященко А.К.// Физическая химия. 1992. Т. 66.№1.С. 167.

94. Гонзалес Э.Х., Полтев В.И., Теплухин А.В., Маленков Г.Г. Структура и некоторые свойства малых кластеров молекул воды // Журн. структур, химии., 1994. Т. 35. №6. С. 115-121.

95. Наберухин Ю.Н., Лучников В.А., Маленков Г.Г., Желиговская Е.А. Пространственная локализация и динамика молекул воды с хорошим тетраэд-рическим окружением // Журн. Структур, химии., 1997. Т. 38. №4. С. 713-721.

96. Наберухин Ю.Н., Лучников В.А., Маленков Г.Г., Желиговская Е.А. Пространственная локализация и динамика молекул воды с хорошим тетраэд-рическим окружением //Журн. Структур, химии., 1997. Т. 38. №4. С. 713-721.

97. Бутырская Е.В. Эффекты водородной связи в термодинамических и транспортных характеристиках воды и мембран // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук. Воронеж, 2001. С. 13-14.

98. Fletcher N. Н. The chemical physics of ice. Camb., 1970.

99. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: Гидроме-теоиздат, 1975. -280 е.

100. Физическая энциклопедия / Под ред. A.M. Прохоров. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. Т.1. С. 296. 704 с.

101. Eisenberg D., Kauzmann W. The structure and properties of water. New York: Oxford University Press, 1969. -296 p.

102. Кульский Л.А., Даль B.B., Ленчина Л.Г. Вода знакомая и загадочная. Киев: Радянска школа, 1982. С. 13.

103. Duda Y., Segura C.J., Vakarin Е. Network forming fluids: Integral equations and Monte Carlo simulations // J. Chem. Phys., 1998. V. 108. P. 9168-9176.

104. Пб.Гуриков Ю.В. Физико-химические аспекты реакции водных систем на физические воздействия. Труды Актофизического научно-исследовательского института. Ленинград, 1979. С. 159.

105. Pople J.F. Pte. Roy. Soc., Ser. A. 1951. №205. P. 1081.

106. Зацепина Г.Н. Структура и свойства воды. М.: Изд. МГУ, 1984.

107. Краткая химическая энциклопедия. М., 1961. Т. 1. С. 605-614.

108. Вернадский В.И. История природных вод. Избр. соч. М., 1960. Т. 4.

109. Benveniste J. "High-dilution" experiments a delusion // Nature. News and views. JULY 1988. V. 334. №28. P. 287-291.

110. Rey L. Thermoluminescence of ultra-high dilutions of lithium chloride and sodium shloride // PHYSICA A. 2003. №323. P. 67-74.

111. Бушуев Ю.Г., Лященко A.K. Ориентационный порядок, центрально-и зеркально-симметричные связи молекул в воде и растворах по данным компьютерного эксперимента// Физическая химия. 1994. Т. 68. №3. С. 518-524.

112. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратации ионов. Изд-во АН СССР, 1957. С. 231.

113. Френкель И.Я. Кинетическая теория жидкостей. JL: Наука, 1975.592 с.

114. Вашман А.А., Пронин Н.С. Ядерная магнитная релаксация и ее применение в химической физике. М.: Наука, 1979.

115. Симкин Б.Я., Шейхет И.И. Квантовохимическая и статистическая теория растворов. М.: Химия, 1989.

116. Рубин А.Б. Биофизика: Биофизика клеточных процессов. М.: Высшая школа, 1987. Кн. 2. С. 56.

117. Маленков Г.Г. Физическая химия. Современные проблемы. Химия. Москва, 1984. С. 41.

118. Бушуев Ю.Г. Свойства сетки водородных связей воды. Известия Академии наук. Серия химическая, 1997. №5. С. 928-931.

119. Nezbeda I., Labik S., Malijevsky A. // Collect. Chech. Chem. Commun. 1989. V. 54. №5. P. 1137.

120. Свищев И.М., Гончаров B.B. // Структурная химия. 1990. Т. 31. №3.1. С. 66.

121. Тихонов А.Н., Арсенин В .Я. Методы решения некорректных задач. Изд. 3-е, испр. М.: Наука, 1986. -288 с.

122. Маленков Г.Г. В сб.: Вода в дисперсных системах / Под ред. Б.В. Де-рягина и др. М.: Химия, 1989. С. 132-147.

123. Маленков Г.Г., Теплухин А.В., Полтев В.И. Журн. структур, химии, 1989. Т. 30. №4. С. 89-97.

124. Jorgenson W. Revised TIPS for simulation of liquid water and aqueous solutions. J. Chem. Phys., 1982. V. 77. P. 4156-4163.

125. Berendsen H.J., Postmaa J.P., Gunstern van M.-V. et al. Interaction models for water in relation to protein hydration // Intermolecular forces. Ed.B. Pulman. Dordrecht: Reidel, 1981. P. 331-342.

126. Poltev V.I., Grokhlina T.A., Malenkov G.G., Hydration of nucleic bases studied using novel potential functions. J. Biomolec. Struct. Dynam., 1984. V. 2. №2. P. 413-429.

127. Stillinger F.H., Rahman A. Improved simulation of liquid water by molecular dynamics. J. Chem. Phys., 1974. V. 60. P. 1545-1557.

128. Ben-Nairn A., Stillinger F.H. Aspects of statistical-mechanical theory of water. Water and aqueous solutions. Ed. R.A. Home. Chapter 8. N.Y.: Willey., 1972. P. 295-330.

129. Matsuoka 0., Clementi E., Yoshimine M. CI study of the water dimer potential surface. J. Chem. Phys., 1976. V. 64. P. 1351-1361.

130. Axilrod B.M., Teller E. Interaction of the van der Waals type between three atoms. J. Chem. Phys., 1943. V. 11. №6. P. 299-300.

131. Clementi E., Corongiu G. Monte Carlo study of liquid water with two-and three body ab initio potentials. Int. J. Quant. Chem., Quant. Biol. Symp., 1983. №16. P. 31-41.

132. Detrich J., Coringiu G., Clementi E. Monte Carlo liquid water simulation with four-body interactions included. Chem. Phys. Lett., 1984. V. 102. №5. P. 426470.

133. Haile J.M. Molecular dynamics simulations of simple fluids with three-body interactions included. Computer modeling of matter (Ed. by P. Lykos. Amer. Chem. Soc. Symp., Ser. 86) Washington, D.C. 1978. P. 172-190.

134. Rahman A., Stillinger F.H., Lemberg H.L. Study of a central force model for liquid water by molecular dynamics // J. Chem. Phys. 1975. V. 63. №12. P. 52235230.

135. Бушуев Ю.Г. Структурные особенности двух моделей воды и гид-ратных оболочек частиц (Не, Аг, Хе) по данным метода Монте-Карло // Дис. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук. Иваново, 1990.

136. Теплухин А.В., Маленков Г.Г., Полтев В.И. Атом-атомные потенциальные функции для моделирования взаимодействия ДНК с противоионами в водном растворе // Известия АН. Серия химическая. 1998. Вып. И. С. 21662173.

137. Полтев В.И. Дис. докт. физ.-мат. наук. М., 1985.

138. Маленков Г.Г., Меркуленко Н.Н. Численное моделирование адсорбции на микропористых адсорбентах. Сообщение 2. Поведение молекул воды в микропорах углеродного адсорбента. Изв. АН СССР. Сер. хим. 1988. №8. С. 1703-1709.

139. Юхновский И.Р., Курыляк И.И. Электролиты. Киев: Наукова думка, 1988.-167 с.

140. Vetterling W.T., Flannery В.Р., Teukolsky S.A. Numerical Recipes in C: The Art of Scientific Computing. William H. Press, Cambridge University Press, 1992. P. 281-282.-994 p.

141. Гривцов А.Г. Методика численных экспериментов и динамика микрогетерогенных систем. Метод молекулярной динамики в физической химии / Под ред. Ю.К. Товбина. М.: Наука, 1996. С. 16-108. -334 с.

142. Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике. М.: Наука, 1990. -176 с.

143. Биндер К., Хеерман Д.В. Моделирование методом Монте-Карло в статистической термодинамике. М.: Наука, 1995. -142 с.

144. Metropolis N., Rosenbluth A.W., Rosenbluth M.N., Teller A.H., Teller E.J. Chem. Phys., 1953. V. 21. P. 1087-1092.

145. Биндер К. и др. Методы Монте-Карло в статистической физике. М.: Мир, 1982.

146. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Статистическое моделирование. М.: Наука, 1982.

147. Физика простых жидкостей / Под ред. Г. Темперли и др. М.: Мир, 1973. С. 275-394.

148. Бушуев Ю.Г., Лященко А.К. Структурные особенности сеток водородных связей воды. ЗБ-модель // Журнал физической химии. 1995. Т. 69. №1. С. 38-43.

149. Савельев И.В. Курс общей физики. 1978. Т. 2. С. 298-299.

150. Zelsmann H.R. Temperature dependence of the optical constants for liquid H20 and D20 in the far IR region // J. Mol. Struct. 1995. №350. P. 95-114.

Информация о работе

Хахалин, Андрей Владимирович
кандидата физико-математических наук
Москва, 2006
ВАК 03.00.16

Диссертация

Влияние низкоинтенсивного электромагнитного поля на водные кластеры в присутствии ионов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы