Электромагнитные поля в биосфере - Красногорская Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Природа высокой механочувствительности детально изучена на пленках
полимеров, обладающих простым линейным строением - полиэтилена и майлара
ра - в различных агрегатных состояниях. Деформация полимерной пленки
приводит к значительному изменению электросопротивления, нелинейности ВАХ
и появлению ОС (рис. 43), что указывает на изменение при деформации
энергетического спектра системы. Наиболее стабилен и полностью обратим
этот эффект на твердых полимерах в диапазоне упругих и высокоэластических
¦деформаций. При деформациях растяжения, превышающих некоторую
критическую величину, электросопротивление жидких и твердых пленок резко
возрастает, т.е. структура переключается в высокоомное состояние (рис.
43). При небольших деформациях сжатия наблюдается значительное изменение
энергии активации электропроводности (рис. 44). В гетерогенных
молекулярных структурах с барьерным типом проводимости, которыми являются
полимеры и биополимеры, наблюдаемое уменьшение энергии активации
эквивалентно сужению межмолекулярных барьеров щж сжатии, что приводит к
увеличению электропроводности. Увеличение интенсивности полос поглощения
в инфракрасных спектрах полиэтилена в диапазоне 1630-1650 см"1 указывает
на увеличение числа полисопряжеиных групп молекул с двойными углеродными
связями и числа ненасыщенных связей, а, следовательно, на ослабление ряда
межмолекулярных свяэей. 227
Анализ вольтаыперннх, вольтемкостных характеристик, пониженная величина
энергии активации после воздействия полем, а также зависимость ее от
деформации указывают на уменьшение количества межмолекулярных
потенциальных барьеров за счет укрупнения областей с полис опряженннми
связями и разрыхление структуры имеющихся потенциальных барьеров в
направлении приложения поля. Последнее и обусловливает высокую
механочувствительность и анизотропию электрических свойств. Можно
полагать, что ана-
зв
Р и с. 44. Изменение энергии активации пленок при одноосном сжатии Р I -
полиэтилен; 2 - майлар
Р, /0f Раскаяя
логичные перестройки структуры имеют место при действии поля на другие
органические среды, в частности на биополимеры.
Возникновение состояний с ОС, а также эффекта высокой
механочувствительности и сохранение их в различных агрегатных состояниях
выоокомо-лекулярных структур представляет интерес как для биологии, так и
для физихи полимеров и биополимеров. Известно, например, что чистые белки
обладают при комнатных температурах значительной энергией активации
проводимости, что, согласно /II/, исключает какой-либо тип проводимости
кроме экситонной. Однако нами показано, что энергия активации может
являться функцией как деформации, так и ЭП. Отсюда следует, что
фундаментальные электрофизические параметры в биополимерах являются более
лабильными к действию внешних факторов, чем предполагалось ранее /II/.
Следует отметить, что в живой природе известны чрезвычайно чувствительные
к механическим воздействиям системы Д12 /. Однакс механизмы эффектов,
обеспечивающих столь высокий выходной сигнал, неясны. Между тем, как в
полимерных, так и в биологических структурах наблюдаются общие
закономерности - наличие непрерывной кривой отклика вплоть до некоторого
порогового значения действующего стимула и ответ по типу "да-нет" выше
этсй пороговой величины ДзД
Деформация приводит к непрерывному изменению проводимости структуры,
совпадающей при пороговых значениях с участком ОС на вольтамперной
характеристике (на рис. 43 восходящая ветвь кривых). При пороговых
деформациях наблюдается резкий скачок проводимости и реакция полимерной
пленки на нее яцляется дискретной.
Таким образом, результаты исследования выбранных систем, как аналога
механсрецепторов, могут представить интерес в решении проблемы бис-
механоалектрическогс преобразования и в создании на базе полимерных
плевок чувствительных датчиков деформации.
228
Аномалии, проявлявшиеся после воздействия ЭП распространяются и на
диэлектрическую проницаемость биополимеров. Найденное из кулонвольтных
характеристик значение ? достигает для различных веществ десятков и сотен
единиц. Наблюдается дисперсия для ?. и нелинейная зависимость поляризации
от напряженности ЭП.чтс указывает на значительную роль кооперативных
эффектов.
Электрическая нелинейность вольтамперных характеристик и участки с ОС
наиболее четко проявляются на частотах порядка I06 Ш. Именно в этом
интервале частот CIO3-I06 Гц) наблюдается, как известно, резкое снижение
чувствительности живой ткани - токами Д'Арсонваля уже не удаетоя достичь
порога раздражения нервных клетск.
Особенности импедансннх характеристик биомембран свидетельствуют о том,
что в указанием интервале частот биомембраны становятся прозрачными для
поля /14/. В этом же интервале частот находится максимум спектра
скоростей ферментативных реакций /15/. Следовательно, есть основание
полагать, что между действием электрического поля и протекающими в
биополемерах химическими реакцями существует взаимосвязь, которая может
