研究のタイプ: 医学/生物学の研究 (experimental study)

[60GHzミリ波と人工生体膜の相互作用:放射パラメータへの依存性] med./bio.

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

掲載誌: IEEE Trans Microw Theory Tech 2006; 54 (6): 2534-2542

この研究は、無線通信システムに用いられるミリ波MMW電磁界の潜在的な生物学的影響を調べる目的で、低電力レベルの60 GHz電磁放射と生体膜人工モデルとの相互作用を調べる実験を行った。まず、MMWばく露中のリン脂質分子層表面の圧力変化を調べた。生体膜の脂質成分で最も多いジパルミトイルホスファチジルコリンとジオレオイルホスファチジルコリンを検討対象とした。電磁放射のパラメータ(電力密度、偏波、振幅変調)を変化させた場合、および、ばく露が連続的または不連続的の場合について実験した。その結果、ばく露中のリン脂質分子層の側圧上昇が、独立した実験で再現されることが示された。次に、原子間力顕微鏡分析を通じて、相分離が存在する混合リン脂質分子層のマイクロドメイン分布に対するMMWの影響を調べた。その結果、5時間のばく露後、膜のマイクロミドメイン分布に有意な変化は観察されなかった。以上の知見から、低電力MMWの短期ばく露リン脂質分子層の側圧を上昇させたが、その影響は生体膜のリン脂質マイクロドメイン構成を乱すほど強力ではないと結論された、と報告している。

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研究目的(著者による)

To analyze the possible influence of 60 GHz millimeter waves on the physical properties of phospholipid layers in artificial models of biological membranes.

詳細情報

Two principal phospholipid components of biological membranes were used: dipalmitoylphosphatidycholine (DPPC) and dioleoylphosphatidylcholine (DOPC). The role of different irradiation parameters was examined (e.g. power flux density, magnetic field strength).
In the first part of the study, the effect of millimeter waves on superficial pressure of phospholipid monolayers was investigated. In the second part, the microdomain distribution in mixed phospholipid monolayers with phase separation was studied. Microdomains reflect functional specialization of the different membrane regions and play an important role in membrane interaction processes.

影響評価項目

ばく露

ばく露 パラメータ
ばく露1: 60 GHz
Modulation type: CW
ばく露時間: continuous for 5 h
ばく露2: 60 GHz
Modulation type: AM
ばく露時間: continuous for 5 h
ばく露3: 60 GHz
Modulation type: CW
ばく露時間: intermittend 1 h on - 1 h off for 7 h
ばく露4: 60 GHz
Modulation type: CW
ばく露時間: continuous for 3 h
ばく露5: 60 GHz
Modulation type: CW
ばく露時間: continuous for 5 h

General information

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.

ばく露1

主たる特性
周波数 60 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • far field
偏波
  • circular
ばく露時間 continuous for 5 h
Modulation
Modulation type CW
ばく露装置
ばく露の発生源/構造
パラメータ
測定量 種別 Method Mass 備考
電界強度 82.4 V/m maximum 計算値 - for 50 mW incident power
電力密度 0.9 mW/cm² maximum 計算値 - for 50 mW incident power
磁界強度 0.219 A/m maximum 計算値 - for 50 mW incident power
電力密度 0.009 mW/cm² maximum 計算値 - for 0,5 mW incident power
電界強度 8.2 V/m maximum 計算値 - for 0,5 mW incident power
磁界強度 0.022 A/m maximum 計算値 - for 0,5 mW incident power

ばく露2

主たる特性
周波数 60 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
波形
  • rectangular
特性
  • far field
偏波
  • circular
ばく露時間 continuous for 5 h
Modulation
Modulation type AM
Modulation frequency 1 kHz
ばく露装置
ばく露の発生源/構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 種別 Method Mass 備考
電界強度 58.3 V/m maximum 計算値 - -
磁界強度 0.155 A/m maximum 計算値 - -
電力密度 0.45 mW/cm² average over time 計算値 - -

ばく露3

主たる特性
周波数 60 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • far field
偏波
  • circular
ばく露時間 intermittend 1 h on - 1 h off for 7 h
Modulation
Modulation type CW
ばく露装置
ばく露の発生源/構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 種別 Method Mass 備考
電力密度 0.45 mW/cm² maximum 計算値 - -
電界強度 58.3 V/m maximum 計算値 - -
磁界強度 0.155 A/m maximum 計算値 - -

ばく露4

主たる特性
周波数 60 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • far field
偏波
  • circular
ばく露時間 continuous for 3 h
Modulation
Modulation type CW
ばく露装置
ばく露の発生源/構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 種別 Method Mass 備考
電力密度 0.36 mW/cm² maximum 計算値 - -
電界強度 57.6 V/m maximum 計算値 - -
磁界強度 0.153 A/m maximum 計算値 - -

ばく露5

主たる特性
周波数 60 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • far field
偏波
  • linear
ばく露時間 continuous for 5 h
Modulation
Modulation type CW
ばく露装置
ばく露の発生源/構造
  • pyramidal horn antenna with an aperture of 22.2 mm x 16.7 mm and an isotropic gain of 17 dB
パラメータ
測定量 種別 Method Mass 備考
電力密度 0.41 mW/cm² maximum 計算値 - -
磁界強度 0.0147 A/m maximum 計算値 - -
電界強度 55.5 V/m maximum 計算値 - -

方法 影響評価項目/測定パラメータ/方法

研究対象とした生物試料:
調査の時期:
  • ばく露前
  • ばく露中
  • ばく露後

研究の主なアウトカム(著者による)

Measurements of superficial pressure of phospholipid monolayers have shown weak but reproducible variations, essentially determined by superficial power flux density incident onto the membrane. Even very low power flux density levels resulted in a marked increase of lateral pressure. All other exposure parameters did not show a signifcant influence.
The AFM analysis has evidenced that low-power millimeter wave irradiation does not induce significant transformations in the phospholipid domain organization in model membranes.
The biophysical properties of phospholipid layers of biological membranes could be partly modified by low-power millimeter wave irradiation.

研究の種別:

研究助成

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