СПЕКТРОМЕТРИЯ ЗДОРОВОЙ И ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ БИОТКАНИ IN VITRO ПОД ДЕЙСТВИЕМ ОСМОТИЧЕСКИХ АГЕНТОВ В ТЕРАГЕРЦОВОМ ДИАПАЗОНЕ А.С. Колесников1, Е.А. Колесникова1, А.П. Попов2, М.М. Назаров3, А.П. Шкуринов3,4, В.В. Тучин1,2,5 1 Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского (Саратов, Россия) 2 Университет Оулу (Оулу, Финляндия) 3 Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН (Шатура, Россия) 4 Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Физический факультет и Международный учебно-научный лазерный центр МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва, Россия) 5 Институт проблем точной механики и управления РАН (Саратов,Россия) e-mail:[email protected] Техника импульсной терагерцовой спектроскопии (ИТС) имеет ряд преимуществ, позволяющих говорить о хороших перспективах применения ТГц излучения в медицине. Частотная дисперсия биологических тканей и жидкостей в терагерцовом диапазоне частот мала. Кроме того, неоднородности размером менее 10 мкм, приводящие к сильному рассеянию в видимой и ближней ИК областях, не дают значительного рассеяния в терагерцовом диапазоне. Использование сверхкоротких импульсов позволяет исследовать широкий диапазон частот за одно измерение, а также достичь высокого разрешения по времени и получить информацию о фазе и, соответственно, показателе преломления. Благодаря чувствительности к изменению концентрации и состоянию воды [1] техника ИТС применима для спектроскопии жидкостей [2] и исследования биологических тканей. Методы терагерцовой спектроскопии были успешно использованы в исследовании раковых опухолей [3] и определении глубины и степени ожогов кожи [4, 5]. Данные, получаемые методами терагерцовой спектроскопии, хорошо согласуются с данными других методов, в частности, оптических и ультразвуковых, являются дополнительными, выделяя особенности объекта исследования, и обладают высокой степенью воспроизводимости. Чувствительность электромагнитных волн терагерцового диапазона к наличию молекул воды и их состоянию (свободная или связанная вода) позволяет применить это излучение к диагностике рака [6-8]. Повышенное содержание воды вместе с другими структурными изменениями ткани приводит к увеличению коэффициентов поглощения и уменьшению отражения тканей с опухолями на терагерцовых частотах [9]. Однако, несмотря на разное соотношение воды в здоровых и патологических тканях, проведение визуализации и диагностики опухолей затруднено именно из-за значительного содержания воды в тканях и сильного поглощения ТГц излучения в тканях, поскольку поглощение излучения в верхних слоях ткани не позволяет получать информацию от нижних слоев, где идет развитие опухоли. Это дает толчок к разработке различных методов повышения контраста получаемых при терагерцовой визуализации изображений. Одним из перспективных методов повышения контраста является временная обратимая дегидратация тканей под действием гиперосмотических агентов [10, 11]. В работе приводятся результаты исследования дегидратации кожи белых лабораторных крыс и тканей привитых крысам рака шейки матки и карциномы легкого in vitro под действием биологически совместимых гиперосмотических агентов, проведенных на лазерном терагерцовом спектрометре в диапазоне частот 0.25-2.5 ТГц. Представлены широкополосные терагерцовые спектры поглощения и отражения кожи и тканей перевитых опухолей (рак шейки матки и карцинома легкого) белых лабораторных крыс под воздействием глицерина, полиэтиленгликоля с молекулярным весом 600 (ПЭГ-600) и пропиленгликоля (ПГ). Представленные результаты предлагается применить для разработки методов повышения контраста изображений и увеличения глубины зондирования биологических тканей с помощью излучения терагерцового диапазона частот. Библиографический список 1. M. van Exter, C. Fattinger, D. Grischkowsky, Terahertz time-domain spectroscopy of water vapor // Opt. Lett. — Vol.14. — 1989. — p. 1128-1130 2. J. Pedersen, S. Keiding, THz time-domain spectroscopy of nonpolar liquids // J. Quantum Electronics. — Vol.28. — 1992. — p. 2518 – 2522 3. T. Lofer, T. Bauer, Terahertz dark-field imaging of biological tissue // Opt. Express. — Vol.9. — 2001. — p. 616-621 4. D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelmani, Recent advances in terahertz imaging // Appl. Phys. B. — Vol.68. — 1999. — p. 1085-1094. 5. M. Hassan Arbab, Trevor C. Dickey, Dale P. Winebrenner, Antao Chen, Mathew B. Klein, and Pierre D. Mourad, Terahertz reflectometry of burn wounds in a rat model // Biomedical Optics Express — Vol. 2, No. 8 — 2011 — p. 2339-2347,. 6. Wahaia F, Valusis G, Bernardo L M, Almeida A, Moreira J A, Lopes P C, Macutkevic J, Kasalynas I, Seliuta D, Adomavicius R, Henrique R and Lopes M., Detection of colon cancer by terahertz techniques // J Mol Struct — 1006 — 2011 — p.77-82,. 7. K.F. Ross, R.E. Gordon, Water in malignant tissue, measured by cell refractometry and nuclear magnetic resonance // J. Microscopy. — 128. — 1982. — p. 7-21. 8. C.S. Joseph, R. Patel, V.A. Neel, R.H. Giles, and A.N. Yaroslavsky, Imaging ex vivo nonmelanoma skin cancers in the optical and terahertz spectral regions // J. Biophotonics — Vol. 7(5) — 2012 — p.295-303. 9. Jung E A, Lim M, Moon K, Do Y, Lee S, Han H, Choi H, Cho K and Kim K Terahertz pulse imaging of micro-metastatic lymph nodes in early-stage cervical cancer patients // Journal of the Optical Society of Korea — Vol. 15 — 2011 — p.155-160. 10. А.С. Колесников, Е.А. Колесникова, А.П. Попов, М.М. Назаров, А.П. Шкуринов, В.В. Тучин, Мониторинг дегидратации мышечной ткани in vitro под действием гиперосмотических агентов в терагерцевом диапазоне // Квантовая электроника — 44, № 7 — 2014. 11. A. S. Kolesnikov, E. A. Kolesnikova, K. N. Kolesnikova, D. K. Tuchina, A. P. Popov, A. A. Skaptsov, M. M. Nazarov, A. P. Shkurinov, A. G. Terentyuk, V. V. Tuchin, THz Monitoring of the Dehydration of Biological Tissues Affected by Hyperosmotic Agents // Physics of Wave Phenomena — Vol. 22, No. 3 — 2014 — pp. 169–176. Сведения об авторах Колесников Александр Сергеевич – аспирант, дата рождения: 06.03.1990г Колесникова Екатерина Александровна – аспирант, дата рождения: 31.05.1990 Попов Алексей Петрович – к.ф-м.н., дата рождения: 18.05.1980 Назаров Максим Михайлович – к.ф-м.н, дата рождения: 16.04.1976 Шкуринов Александр Павлович –д.ф.-м.н., доцент дата рождения: 13.09.1962 Тучин Валерий Викторович – д.ф-м.н, профессор, дата рождения: 04.02.1944 Вид доклада: стендовый