Measurement of electromagnetic oscillations of yeast cells in kHz and GHz region
description
Transcript of Measurement of electromagnetic oscillations of yeast cells in kHz and GHz region
Measurement of electromagnetic oscillations of yeast cells in kHz
and GHz region
PhD student: Michal CIFRA
Školitel: Jan VRBAŠkolitel specialista: Jiří POKORNÝ
Katedra elektromag. pole, FEL ČVUT Praze
Název disertační práce:
Ústav Fotoniky a Elektroniky AV ČR
Náplň disertační práce
• Endogenní elektromagnetické pole biologických systémů
• Teoretická část (analyticky, modelování):– Biofyzika (biologie, energetika buňky)– Elektrické vlastnosti buněčných struktur– Zdroje elmag. pole v buňce
• Experimentální část (ÚFE AV ČR):– Měření elmag. aktivity buněk v kHz – GHz oblasti
pomocí speciálních senzorů a spektr. analyzátorů
Teoretická část na buněčné úrovni
10 µm
Buněčný cytoskelet
• bílkoviny – elektricky polární struktury v buňce• microtubuly – vysoce elektricky polární struktury
mikrotubuly
protofilament
buňka
Buzení vibrací metabolickou energií
• Zdroje energie pro buzení vibrací mikrotubulů:– Dodávání energie do mřížky MT v procesu
dynamické nestability a „treadmilingu“ ~ 10-17 W
– pohyb motorových proteinů po MT ~ 10-16 W
– odpadová energie z mitochondrií ~ 10-15 W
Možné generované frekvence v oblasti kHz-GHz (THz?)
Modelování elmag. pole mikrotubulů
Koheretní buzení ve fázy Náhodné buzení
Modelování elektromag. vidů v buňce
TM1m1 vid, umístnění centrosomu, interfáza
buňky
Třetí vid, umístnění centrosomu při dělení
buňky
Náhradní elek. obvody buňka-senzor
a
b
c
Zdroje elmag. pole a) v membráně, b) v buňce, c) celá membrána buňky
Hoelzel, Lamprecht, Neural Network World 5/95, 763-774
Experimentální část
• V spolupráci s ÚFE AV ČR – měření elektromagnetické aktivity kvasinek v kHz-GHz oblasti– složité rozložení pole -> bodové měření– živá buňka - měkký „nano“ zdroj -> je potřeba krátké
vedení (nízká kapacita) do předzesilovače, přizpůsobení– měření velmi nízkých výkonů 10-17 W– vodivé fyziologické prostředí
Celkový výkon v pásmu 0.4-1.6 kHz, 25 a 25 měření : synchronní a nesynchronní buňky
0 100 200 300 400 500sweep n. (1 sweep = 6s)
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
mea
n va
lue
in a
.u.
Mean values of all measurement - smoothing average 50 sweeps
Synchronized
NonsynchronizedMean1*SD
0 50 100 150 200 250 300 350 400sweep n. (1 sweep = 6s)
0.62
0.64
0.66
0.68
0.70
0.72
0.74
0.76
mea
n va
lue
in a
.u.
Mean values of all measurement - smoothing average 50 sweeps
Mean-Synch1*SDMean-Nonsynch1*SD
Výsledky experimentů
Práce v blízké budoucnosti
• Teorie, modelování:•Vytvoření reálnějších modelů
elektromag. zdrojů v buňce založených na nejnovějších znalostech z biofyziky a molekul. biologie
• Experimenty:•Upravení původního systému na měření v
GHz oblasti, vybavení bodovým senzorem
Děkuji za pozornost