Medizinische/biologische Studie (experimentelle Studie)

Interactions between 60-GHz millimeter waves and artificial biological membranes: dependence on radiation parameters med./bio.

[Wechselwirkungen zwischen 60 GHz-Millimeterwellen und künstlichen biologischen Membranen: Abhängigkeit von Befeldungsparametern]

Von: Zhadobov M, Sauleau R, Vie V, Himd M, Le Coq L, Thouroude D

Veröffentlicht in: IEEE Trans Microw Theory Tech 2006; 54 (6): 2534-2542

Ziel der Studie (lt. Autor)

Die Studie untersuchte den möglichen Einfluss von 60 GHz-Millimeterwellen auf die physikalischen Eigenschaften von Phospholipid-Schichten in künstlichen Modellen von biologischen Membranen.

Hintergrund/weitere Details

Zwei Phospholipid-Hauptkomponenten von biologischen Membranen wurden verwendet: Dipalmitoylphosphatidycholin (DPPC) und Dioleoylphosphatidylcholin (DOPC). Die Wirkung verschiedener Befeldungs-Parameter (z.B. Leistungsflussdichte, magnetische Feldstärke) wurde analysiert.
Im ersten Teil der Studie wurde die Wirkung von Millimeterwellen auf den Oberflächendruck von Phospholipid-Monolayern untersucht. Im zweiten Teil wurde die Verteilung von Mikrodomänen in gemischten Phospholipid-Monplayern analysiert. Mikrodomänen stellen eine funktionelle Spezialisierung verschiedener Membranregionen dar und spielen eine wichtige Rolle bei Membran-Wechselwirkungen.

Endpunkt

Wirkung auf künstliche biologische Membranen (Phospholipide)

Exposition/Befeldung (teilweise nur auf Englisch)

- 60 GHz
- Millimeterwellen

Exposition	Parameter
Exposition 1: 60 GHz Modulationsart: CW Expositionsdauer: kontinuierlich für 5 h	elektrische Feldstärke: 82,4 V/m Maximum (bei 50 mW Eingangsleistung) Leistungsflussdichte: 0,9 mW/cm² Maximum (für 50 mW Eingangsleistung) magnetische Feldstärke: 0,219 A/m Maximum (für 50 mW Eingangsleistung) Leistungsflussdichte: 0,009 mW/cm² Maximum (für 0,5 mW Eingangsleistung) elektrische Feldstärke: 8,2 V/m Maximum (für 0,5 mW Eingangsleistung) magnetische Feldstärke: 0,022 A/m Maximum (für 0,5 mW Eingangsleistung)
Exposition 2: 60 GHz Modulationsart: AM Expositionsdauer: kontinuierlich für 5 h	elektrische Feldstärke: 58,3 V/m Maximum magnetische Feldstärke: 0,155 A/m Maximum Leistungsflussdichte: 0,45 mW/cm² Mittelwert über Zeit
Exposition 3: 60 GHz Modulationsart: CW Expositionsdauer: intermittierend 1 h an - 1 h aus während 7 h	Leistungsflussdichte: 0,45 mW/cm² Maximum elektrische Feldstärke: 58,3 V/m Maximum magnetische Feldstärke: 0,155 A/m Maximum
Exposition 4: 60 GHz Modulationsart: CW Expositionsdauer: kontinuierlich für 3 h	Leistungsflussdichte: 0,36 mW/cm² Maximum elektrische Feldstärke: 57,6 V/m Maximum magnetische Feldstärke: 0,153 A/m Maximum
Exposition 5: 60 GHz Modulationsart: CW Expositionsdauer: kontinuierlich für 5 h	Leistungsflussdichte: 0,41 mW/cm² Maximum magnetische Feldstärke: 0,0147 A/m Maximum elektrische Feldstärke: 55,5 V/m Maximum

Allgemeine Informationen

For exposures 1 - 4 dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) membranes in the liquid-condensed (LC) phase with an average superficial pressure of 28.5-32 mN/m were used. In exposure 5 a biphase DPPC monolayer was studied with an initial superficial pressure of 18.2 mN/m. Under normal environmental conditions, this value corresponds to liquid condensed/liquid-expanded (LC/LE) phase separation in DPPC monolayers.

Exposition 1

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 GHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	Fernfeld
Polarisation	zirkular
Expositionsdauer	kontinuierlich für 5 h

Modulation

Modulationsart	CW

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	Hornantenne conical, aperture 23.8 mm, max. isotropic gain 20.4 dB

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
elektrische Feldstärke	82,4 V/m	Maximum	berechnet	-	bei 50 mW Eingangsleistung
Leistungsflussdichte	0,9 mW/cm²	Maximum	berechnet	-	für 50 mW Eingangsleistung
magnetische Feldstärke	0,219 A/m	Maximum	berechnet	-	für 50 mW Eingangsleistung
Leistungsflussdichte	0,009 mW/cm²	Maximum	berechnet	-	für 0,5 mW Eingangsleistung
elektrische Feldstärke	8,2 V/m	Maximum	berechnet	-	für 0,5 mW Eingangsleistung
magnetische Feldstärke	0,022 A/m	Maximum	berechnet	-	für 0,5 mW Eingangsleistung

Zusätzliche Parameterdetails

According to theoretical results, the variation of the superficial power density at the membrane did not exceed 2.1 dB relative to the maximum value at the center of the Langmuir trough.

Mess- und Berechnungsdetails

The radiated power distribution at the membrane surface was numerically computed using analytical solutions of Maxwell's equations. The EM field in free space was calculated using equivalent electric and magnetic surface current distribution across the aperture of the horn antenna not taking into account multiple reflections inside the Langmuir trough.

Exposition 2

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 GHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Signalform	rechteckig
Charakteristik	Fernfeld
Polarisation	zirkular
Expositionsdauer	kontinuierlich für 5 h

Modulation

Modulationsart	AM
Modulationsfrequenz	1 kHz

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
elektrische Feldstärke	58,3 V/m	Maximum	berechnet	-	-
magnetische Feldstärke	0,155 A/m	Maximum	berechnet	-	-
Leistungsflussdichte	0,45 mW/cm²	Mittelwert über Zeit	berechnet	-	-

Exposition 3

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 GHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	Fernfeld
Polarisation	zirkular
Expositionsdauer	intermittierend 1 h an - 1 h aus während 7 h

Modulation

Modulationsart	CW

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
Leistungsflussdichte	0,45 mW/cm²	Maximum	berechnet	-	-
elektrische Feldstärke	58,3 V/m	Maximum	berechnet	-	-
magnetische Feldstärke	0,155 A/m	Maximum	berechnet	-	-

Exposition 4

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 GHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	Fernfeld
Polarisation	zirkular
Expositionsdauer	kontinuierlich für 3 h

Modulation

Modulationsart	CW

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	gleicher Aufbau wie Exposition 1

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
Leistungsflussdichte	0,36 mW/cm²	Maximum	berechnet	-	-
elektrische Feldstärke	57,6 V/m	Maximum	berechnet	-	-
magnetische Feldstärke	0,153 A/m	Maximum	berechnet	-	-

Exposition 5

Hauptcharakteristika

Frequenz	60 GHz
Typ	elektromagnetisches Feld
Charakteristik	Fernfeld
Polarisation	linear
Expositionsdauer	kontinuierlich für 5 h

Modulation

Modulationsart	CW

Expositionsaufbau

Expositionsquelle	pyramidal horn antenna with an aperture of 22.2 mm x 16.7 mm and an isotropic gain of 17 dB

Parameter

Messgröße	Wert	Typ	Methode	Masse	Bemerkungen
Leistungsflussdichte	0,41 mW/cm²	Maximum	berechnet	-	-
magnetische Feldstärke	0,0147 A/m	Maximum	berechnet	-	-
elektrische Feldstärke	55,5 V/m	Maximum	berechnet	-	-

Exponiertes System:

künstliche biologische Membranen (Phospholipide)

Methoden Endpunkt/Messparameter/Methodik

Wirkung auf künstliche biologische Membranen (Phospholipide): Echtzeit-Messung des Oberflächen-Drucks (Wilhelmy-Platten-Methode) während der Befeldung; qualitative Analyse der Oberflächenbeschaffenheit der Membran (Rasterkraftmikroskopie) vor und nach der Befeldung

Untersuchtes System:

künstliche biologische Membranen (Phospholipide)

Untersuchungszeitpunkt:

vor der Befeldung
während der Befeldung
nach der Befeldung

Hauptergebnis der Studie (lt. Autor)

Die Messungen des Oberflächen-Drucks der Phospholipid-Molekularschichten ergaben leichte, aber reproduzierbare Veränderungen, die vor allem von der einfallenden Oberflächen-Leistungsflussdichte auf die Membran abhängig waren. Sogar eine sehr geringe Leistungsflussdichte führte zu einem ausgesprochenem Anstieg des lateralen Drucks. Alle anderen Befeldungs-Parameter zeigten keinen signifikanten Einfluss.
Die Rasterkraftmikroskop-Analysen zeigten keinen Beleg dafür, dass Millimeterwellen-Befeldung mit niedriger Leistungsflussdichte signifikante Veränderungen in der Mikrodomänen-Verteilung der Phospholipide induzierten.
Die biophysikalischen Eigenschaften von Phospholipid-Schichten biologischer Membranen konnten teilweise durch Millimeterwellen-Befeldung mit niedriger Leistungsflussdichte modifiziert werden.

Studienmerkmale:

medizinische/biologische Studie
experimentelle Studie
Voll-/Hauptstudie

Studie gefördert durch

nicht angegeben/keine Förderung

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