Использование электромагнитного поля крайне высокой частоты в бионанотехнологии

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации  
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
А. Ю. Крыницкая, П. П. Суханов, П. П. Крыницкий 
 
 
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ 
КРАЙНЕ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 
В БИОНАНОТЕХНОЛОГИИ 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

УДК 663.1:620.5:537.8 
ББК 30.16:22.313

К85

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
канд. биол. наук, доц. Г. Ю. Яковлева 
канд. биол. наук, доц. Г. А. Гасимова 
 
 
 
 

 
К85 

Крыницкая А. Ю. 
Использование электромагнитного поля крайне высокой частоты 
в бионанотехнологии : монография / А. Ю. Крыницкая, П. П. Суханов, П. П. Крыницкий; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. 
технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 92 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2707-8

 
Проанализирована физиология микроорганизмов в присутствии относительно нового экзогенного фактора – неионизирующих электромагнитных 
полей крайне высоких частот (миллиметрового диапазона) нетепловой интенсивности, рассмотрены возможности их практического применения для регулирования эволюции биообъектов. 
Рекомендуется специалистам, работающим в области медицинской, сельскохозяйственной, пищевой и биотехнологической промышленности, а также 
магистрантам, обучающимся по направлению подготовки 19.04.01 «Биотехнология». 
Подготовлена на кафедре пищевой биотехнологии. 
 
 

 
 

ISBN 978-5-7882-2707-8
© Крыницкая А. Ю., Суханов П. П.,  

Крыницкий П. П., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 663.1:620.5:537.8 
ББК 30.16:22.313

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
 
АБ – антибиотик  
АОЕ – антиоксидантная емкость 
АТФ – аденозинтрифосфат 
БА – бактерицидная активность  
БАВ – биологически активное вещество (участник и (или) продукт клеточного метаболизма)  
БАС – биологически активное соединение (вещество, влияющее на 
БАВ и (или) клеточный метаболизм в целом) 
ГлИ – глюкозоизомераза 
Г – Грей (доза облучения) 
Гр+, Гр– – грамположительные (грамотрицательные) бактерии  
ДМСО – диметилсульфоксид 
ДН – двунитевые разрывы сшивок ДНК–ДНК или ДНК–белок  
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота 
ИРЭ – институт радиоэлектроники  
КВЧ – крайне высокие частоты 
КЖ – культуральная жидкость 
КлС – клеточная стенка 
КОЕ – колониеобразующие единицы 
КС – культуральная среда (КЖ как носитель определенных физико-химических свойств); 
МБС – микробиологическая система 
МКО – микроорганизм(ы) 
ММС – метилметансульфонат 
МПБ – мясопептонный бульон 
НАД – никотинадениндинуклеотид 
НТФ – нитрилтри(метиленфосфоновая) кислота 
ОН – однонитевые разрывы сшивок ДНК–ДНК или ДНК–белок 
ОЭДФ – гидрооксиэтилидендифосфоновая кислота  
ПАВ – поверхностно-активное вещество  
нПАВ – неионогенное поверхностно-активное вещество  
ПБС – полифосфатная буферная система  
ПМР – протонный магнитный резонанс (ЯМР на ядрах 1Н) 
ППЭ – плотность потока энергии  
ПС – питательная среда 
Р – рентген (доза облучения)  
РВ – редуцирующие вещества 

РИ – рентгеновское излучение  
СВЧ – сверхвысокие частоты  
СДС – структурно-динамическое состояние  
СМД – сверхмалые добавки (дозировки, дозы) 
СПЕ-эффект – возникновение вторичных волн дециметрового диапазона, распространяющихся почти без потерь при падении на водосодержащую среду низкоинтенсивных миллиметровых электромагнитных 
волн  
СПН – спад поперечной намагниченности (разновидность релаксационной функции ЯМР для жидкофазных систем) 
СР – степень разведения (значение обратного десятичного логарифма 
концентрации КОС в КС) 
ССИ – спад свободной индукции (разновидность релаксационной 
функции ЯМР для твердофазных систем) 
ЦПМ – цитоплазматическая мембрана  
ЭМИ – электромагнитное излучение  
ЭМО – электромагнитная обработка  
ЭМП – электромагнитное поле 
ЭМС – электромагнитный сигнал; этилметансульфонат  
ЯМР – ядерный магнитный резонанс  
LD50 – полулетальная доза  
YPD – ростовая среда состава: 0,25 % дрожжевой экстракт, 1 % пептон, 
2 % D-глюкоза 
 
 

4

ВВЕДЕНИЕ 

 
В последние годы в мире, в том числе и в нашей стране, заметно 

возрос интерес к исследованиям механизмов воздействия физических 
факторов низкой интенсивности на различные уровни организации 
живой материи, включая физиологические и биохимические свойства 
микроорганизмов (МКО) [1–18].  

Представленная монография посвящена анализу особенностей 

физиологии микроорганизмов в присутствии относительно нового 
экзогенного фактора – неионизирующих электромагнитных полей 
крайне высоких частот нетепловой интенсивности. Рассмотрение 
этого воздействия физической природы на микроорганизмы обусловлено тем немаловажным обстоятельством, что оно относится к категории потенциально неинвазивных экзогенных факторов низкой интенсивности. И поскольку воздействия на микробную популяцию 
независимо от их природы и (или) источника оказывают влияние на метаболические процессы, то в случае контролируемого применения все 
они могут рассматриваться в качестве не только экологически существенных факторов, но и регуляторов развития микроорганизмов промышленного назначения.  

Механизм этого влияния на клеточном уровне однозначно объяс
нить пока не удается, однако микроорганизмы являются неотъемлемой 
и наиболее востребованной компонентой основных производственных 
биотехнологических процессов, в особенности используемых в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Поэтому стимуляция их 
роста, улучшение технологических показателей, а также оптимизация 
процессов культивирования промышленных МКО на сегодняшний 
день представляются весьма актуальными задачами. Вместе с тем не 
менее актуальной является и борьба с нежелательными микроорганизмами, такими как вредители производства, патогенные формы и т. п.  

Традиционно для подавления роста микробных культур исполь
зовались химические методы. Однако особого внимания заслуживают 
и физические факторы низкой интенсивности, не приводящие к существенным изменениям в фено- и генотипе, но способные к воздействию 
на рост и развитие МКО при отсутствии отрицательного влияния на 
качество получаемого с участием МКО конечного продукта. В этом 
случае они могут рассматриваться в качестве серьезной альтернативы 
существующим ныне основным тенденциям в решении проблемы интенсификации и управления микробным метаболизмом. При этом 

физические факторы занимают особое положение среди методов внешнего регулирования функциональной активности биотехнологических 
объектов, поскольку естественные механизмы управления живыми системами включают в себя не только термодинамические регуляторы, 
но и физические и физико-химические механизмы передачи информационных и регуляторных сигналов.  
Существует несколько гипотез, объясняющих биологическое 
действие электромагнитного поля. В основном они сводятся к индуцированию токов в тканях и непосредственному воздействию поля на клеточном уровене, в первую очередь связанному с его влиянием на мембранные структуры. Предполагается, что под воздействием ЭМП может изменяться скорость диффузии через биологические мембраны, 
ориентация и конформация биологических молекул (в особенности 
гидратированных), а также состояние электронной структуры парамагнитных частиц или молекулярных фрагментов, а также характер управляющих сигналов, механизмы которых в той или иной мере используют 
вышеперечисленные или иные процессы и структуры. Последнее способно объяснить наблюдаемую эффективность воздействия неионизирующего электромагнитного излучения – электромагнитных полей низкой (нетепловой) интенсивности КВЧ диапазона – на биологические 
объекты независимо от уровня их организации, в том числе – на микроорганизмы и биоактивные молекулы, которые в подобном аспекте оказались наименее изученными. Но это же позволяет предполагать, что 
правильным подбором параметров ЭМП КВЧ можно добиваться необходимой управляемости широкого спектра биотехнологических процессов.  

При этом сверхмалые дозы биологически активных веществ и 

неионизирующие физические факторы низкой интенсивности обнаруживают много общего в проявлении их влияния на клеточный метаболизм. Она состоит в том, что проявляемый биоэффект (отклик) сопоставим с воздействием того же препарата или излучения, но имеющего 
в десятки раз большую концентрацию или интенсивность. Это указывает на принципиальную возможность (по крайней мере, в определенных ситуациях) использовать неионизирующие ЭМП КВЧ низкой интенсивности вместо больших концентраций экологически потенциально вредных биологически активных веществ. 
В этой связи наиболее существенной особенностью данной монографии является акцент, который делается авторами на исследованиях целенаправленного воздействия на микробные культуры 

неионизирующих электромагнитных сигналов КВЧ (миллиметрового) 
диапазона, хотя установление взаимосвязи между ними и биологически 
активными соединениями представляется нам не менее существенной 
и интересной задачей, решение которой необходимо для понимания, 
выбора и использования наиболее перспективных механизмов регуляции микробного метаболизма в новых экологических условиях. 
Электромагнитную обработку микроорганизмов, выложенных на 
чашку Петри диаметром 10 см и толщиной обрабатываемого поверхностного слоя микробной культуры 1÷2 мм, проводили при времени 
экспозиции в режиме непрерывной генерации в течение 5 мин на расстоянии от 5 до 15 см от рупорной антенны при выходной мощности 
сигналов генераторов электромагнитного поля Г4-141 (на частотах 
37,5−53,57 ГГц) и Г4-142 (на частотах 53,57−78,33 ГГц) не менее 4 мВт, 
что в совокупности гарантировало неинвазивный характер используемого электромагнитного воздействия. 
Предварительные эксперименты показали, что наиболее эффективным способом электромагнитной обработки микробных культур является обработка инокулята (посевного материала), растущего в виде 
«газона» на поверхности плотной питательной среды. Поэтому во всех 
последующих исследованиях по умолчанию использовалась именно 
эта процедура.  
Технологические и физиологические показатели микроорганизмов устанавливали стандартными методами. При этом в качестве объектов исследования микробных культур были использованы типичные 
широко востребованные промышленные представители различных таксономических групп – хлебопекарные дрожжи Saccharomyces cerevisiae 509 
и бактерии Bacillus subtilis D26.  
 
 

7

Глава 1. ВОЗДЕЙСТВИЕ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН  
НА БИОСИСТЕМЫ 
 
Неосознанный интерес к действию электромагнитных полей и 
электромагнитных неионизирующих излучений на биологические объекты возник у людей одновременно с осознанием факта их существования, и становился целенаправленным с момента изготовления первых источников этих полей. К настоящему времени эта область научных интересов уже сформировалась в одно из признанных направлений исследований, называемое электромагнитобиологией, а в части практических 
интересов привела к возникновению одной из наиболее важных ветвей 
физиотерапии, широко использующей ЭМП для лечения человека. 
Определение закономерностей и механизмов действия ЭМП на 
различные биологические системы является прерогативой ряда наук и, 
в частности, биофизики, выявляющей первичные механизмы действия 
и дающей количественное описание первичного отклика биологической системы на эти поля. Фундаментом этих исследований являются 
установленные связи между параметрами внешних ЭМП, действующих на различные биологические тела и модельные биологические системы, и уровнем и видом этих полей, проникающих внутрь рассматриваемых систем или возникающих в них, которые и приводят к первичным сдвигам в этих системах [1]. 
Когерентные электромагнитные колебания дециметрового и миллиметрового диапазонов длин волн преимущественно используются в 
таких областях, как радиоэлектроника и связь. Но за последние время 
все более быстрым темпом возрастает их применение в нетрадиционных областях, среди которых видное место занимают медицина и биология. Что же касается более коротковолновых диапазонов, в первую 
очередь – оптического, то их использование в этих нетрадиционных областях стало развиваться буквально с первых дней после появления источников когерентных колебаний.  
Основными достоинствами, определившими применение когерентных волн в различных областях, в том числе в биологии и медицине, стали: создание мощных источников колебаний, возможность 
концентрации (фокусировки) волновых пучков, синхронизации колебаний многих источников и, наконец, передача с помощью этих волн 
большого объема информации по одному каналу.  
 

1.1. Общие закономерности воздействия ЭМП на биообъекты 
 
Эффекты воздействия ЭМП КВЧ на различные биологические 
объекты имеют ряд отличительных особенностей: 
1) необходимо отметить общность для всех организмов (от микроорганизмов до млекопитающих) основных закономерностей воздействия на них ЭМП, говорящая о том, что ЭМП влияют на некоторые 
универсальные процессы, регулирующие жизнедеятельность; 
2) биологические эффекты не связаны ни с нагревом (никакой 
нагрев обычными методами не мог вызвать биологических эффектов, 
аналогичных наблюдаемым [2]), ни с радиационным разрушением тканей, как в случае ионизирующего излучения; 
3) не могла не привлечь внимания высокая для биологии воспроизводимость результатов [3, 4].  
Наконец упомянем еще одну, не только интересную в научном 
плане, но и важную с точки зрения практических применений особенность действия ЭМП на живые организмы: его специфический «лечебный» характер. При надлежащем выборе соответствующих характеру 
заболевания частот колебаний ЭМП могут активно влиять на больной 
организм до тех пор, пока он не восстановится, и содействовать этому 
восстановлению. 
После восстановления организма дальнейшая его обработка 
ЭМП той же частоты становится как бы недейственной: характер текущего функционирования перестает меняться. Однако обработка ЭМП 
на определенных частотах может подготовить организм к дальнейшим 
неблагоприятным воздействиям, например к побочным действиям лечебных химических препаратов или ионизирующей радиации – и сделать организм менее восприимчивым к ним. Качественно (необратимо) 
изменить организм (как, например, при воздействии ионизирующих излучений) с помощью ЭМП не удается, но можно отрегулировать его 
функционирование в пределах, присущих данному биологическому 
виду, и процесс регулирования носит не случайный, а воспроизводимый характер. 
Рассмотрим некоторые гипотезы, выдвинутые для объяснения 
явления острого резонанса, наблюдающегося при действии ЭМП на 
биологические объекты. 
Очень малая энергия, необходимая для оказания существенного 
влияния ЭМП на функционирование организмов, специфика этого влияния, высокая воспроизводимость результатов – все это наталкивало 

исследователей на гипотезу [5–7], что ЭМП – не случайный для живых 
организмов фактор, что подобные сигналы вырабатываются и используются в определенных целях самим организмом, а внешние ЭМП 
лишь имитируют вырабатываемые организмом сигналы. Впервые этот 
вопрос был достаточно подробно проанализирован в [5, 6]; впоследствии, после накопления большого числа разнообразных фактов, они 
были обобщены в [8]. 
Суть второй гипотезы, сформулированной на основе проведенного анализа, заключается в следующем. Наблюдаемые закономерности действия на живые организмы монохроматических электромагнитных полей миллиметрового диапазона волн нетепловой интенсивности 
объясняются тем, что, проникая в организм, эти поля на определенных 
(резонансных) частотах трансформируются в информационные сигналы, осуществляющие управление и регулирование восстановительными и приспособительными процессами в организме. 
Перечислим некоторые важнейшие факты, положенные в основу 
этих гипотез: 
1. Минимальная мощность потока, взаимодействующего с организмом, необходимая для того, чтобы вызвать значительный биологический эффект, ничтожно мала по сравнению с тепловой мощностью, 
отдаваемой организмом во внешнее пространство. Плотность потока 
ЭМП, как уже отмечалось, такова, что не вызывает даже местного 
нагрева тканей выше 0,1º. При любых других способах теплового воздействия такой нагрев не вызывает явлений, подобных наблюдаемым 
при воздействии ЭМП [2]. Тем более ЭМП не может вызвать какихлибо нарушений в тканях, ибо кванты его на два порядка меньше энергии слабых водородных связей. Таким образом, значительного энергетического воздействия ЭМП не оказывает. 
2. Действие ЭМП КВЧ, определяемое по некоторому биологическому параметру, не зависит от его интенсивности в широких пределах 
[3, 4, 9]. Такой характер зависимости действия от интенсивности действующего фактора закономерен для информационных систем и определяется спецификой процесса управления. 
3. Пороговый характер зависимости биологического эффекта от 
интенсивности обработки [3, 4, 9] является необходимым условием 
работы информационных систем, при невыполнении которого их работа постоянно нарушалась бы внешними наводками и шумами. Пороговый характер действия может иметь место и при энергетических 
воздействиях, но в этом случае, в отличие от информационных