Лазерная автодинная интерферометрия динамических параметров биообъектов Daphnia magna Strauss

Для оценки степени загрязнения окружающей среды широкое применение могут найти методы, основанные на оценке физиологических параметров биологических тест-объектов. В качестве тест-объектов для контроля состояния водной среды используются пресноводные рачки дафнии (Daphnia magna Strauss). В работах [28, 29] показана сильная зависимость периода биений сердца дафнии от концентрации гидрохинона в водном растворе и установлено влияние концентрации фенола на частоту дыхания дафнии. Однако низкая чувствительность фотоэлектрических методов, используемых в отмеченных выше работах, и невозможность их использования при регистрации прошедшего через биообъект излучения не позволяли провести комплексные исследования изменения физиологических параметров тестируемых биообъектов.

С целью увеличения числа информативных параметров, характеризующих поведение дафний в токсичной среде, разработана методика, основанная на использовании эффекта автодинного детектирования в полупроводниковом лазере [30].

В основу метода регистрации динамического состояния тест - объектов положен принцип формирования сигнала внешнего автодетектирования при возвращении части отраженного от контролируемого объекта излучения в резонатор полупроводникового лазера [30, 31]. Для реализации метода использовалась установка (схема 2). Излучение полупроводникового лазера 7 (ИЛПН - 206), стабилизированного источником тока 8, фокусировалось линзой 6 в область сердца дафнии 4, помещенной в канал 3 на прозрачном столике 5. Для визуализации инфракрасного излучения полупроводникового лазера и его фокусировки в область сердца использовался прибор ночного видения 1. Часть излучения, отраженного от сердца дафнии, возвращалась в резонатор полупроводникового лазера, изменение выходной мощности которого регистрировалось фотодетектором 9. Сигнал с фотодетектора поступал через усилитель 10 и аналого-цифровой преобразователь 11 в компьютер 12. После вычисления спектра продетектированного сигнала с помощью метода быстрого преобразования Фурье определялся период колебаний сердца дафнии.

Схема 2. Экспериментальная установка для измерения частоты биений сердца дафнии

Частота сердцебиения дафний в контрольных условиях изменяется незначительно и стабилизируется после пятиминутной адаптации. Уменьшение частоты биений сердца дафнии регистрировалось для концентраций фенола, превышающих величину 1,2 тg/l. Наибольшее уменьшение частоты биений сердца дафнии наблюдалось для концентраций фенола 10 mg/l. При этом частота становилась равной 200 ударов в минуту в конце периода экспозиции.

Другими параметрами, которые могут быть зарегистрированы в схеме лазерной автодинной системы, являются амплитуда и форма про детектированного сигнала. Частота сердцебиения дафнии определялась по гармонике с максимальной амплитудой в заданном диапазоне изменений частоты вибраций биообъекта, а амплитуда колебаний - по набору спектральных гармоник. При наличии фенола в водной среде амплитуда биений сердца дафнии составила 0.2 μm, что существенно меньше амплитуды биений сердца дафнии в отсутствие фенола (0.4 μm) [31, 32].

      Другие статьи

      Воздействие промышленности на животных и окружающую среду
      Человек издавна оказывал влияние на природу, воздействуя как на отдельные виды животных, так и на сообщества в целом. Но лишь в текущем столетии рост населения, а главным образом качественн ...

      Онкологическая заболеваемость и загрязнения атмосферного воздуха
      Основными критериями экологического благополучия территории являются качество жизни человека и уровень его здоровья. Именно категория здоровья рассматривается в настоящее время как индикатор ...

      Встреча участников СБСЕ в г. Вена в 1986 году
      Изменения биосферы в результате человеческой дея­тельности стали стремительными. Человек выступает в ка­честве могучей геологической силы, преобразующей лик Земли. За последние 30—40 л ...