Предварительные эксперименты по изменению характеристик газоразрядного свечения волос при различных условиях Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОРАЗРЯДНОГО СВЕЧЕНИЯ ВОЛОС ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ А.Ю. Гришенцев, Е.Н. Петрова Научный руководитель - доктор технических наук, профессор К.Г. Коротков

Изучены характеристики свечения волос в зависимости от конфигурации исследуемого пучка волос и их изменение при воздействии на волосы ультрафиолетового облучения. Выдвинута гипотеза о прыжковой электронной проводимости внутренних белковых структур волоса.

Введение

Задача исследования волос и анализа изменения их состояния при различных воздействиях является актуальной для разных областей науки [1, 2]. Техника динамической газоразрядной визуализации (ГРВ) позволяет проводить экспресс-анализ состояния биологических объектов [3] и выявлять изменения электронной проводимости исследуемого объекта [4, 5].

Проведенные ранее исследования волос методом ГРВ позволили выдвинуть гипотезу, что волосы обладают свойствами электропроводности [4, 6]. Для понимания процессов, происходящих в волосах и установления факторов, влияющих на их свойства, необходимы дальнейшие исследования и проведение дополнительных экспериментов по обоснованию выдвинутых гипотез.

Задачи и методика исследований

Задачами исследования являлись определение влияния конфигурации исследуемого пучка волос на параметры свечения, а также выявление различий характеристик газоразрядного свечения волос при воздействии на волосы ультрафиолетового облучения.

Исследования волос проводились методом ГРВ. В ходе проведения экспериментов было замечено, что характер свечения волос меняется в зависимости от характеристик верхней части пучка волос, выступающей в разрез тефлоновой трубки. На рис. 1 приведены два варианта расположения волос в тефлоновой трубке: размещение верхней части волос в форме «кисточки» и в форме «петли».

Г

\

а)

:

& гг

Рис. 1. Варианты размещения пучка волос в тефлоновой трубке: а - размещение пучка волос в виде «кисточки», б - размещение пучка волос в виде «петли»: 1 - образец волос, 2 - тефлоновая трубка, 3 - заземляющий электрод

При проведении экспериментов по влиянию формы выступающей части пучка волос на параметры свечения образец волос длиной 120 мм помещался в тефлоновую трубку в виде «петли» и устанавливался на электрод ГРВ-камеры. При данной конфи-

гурации пучка проводились съемки десяти серий газоразрядного свечения волос (по 5 секунд каждая). Затем «петля» разрезалась, и проводились съемки 10 серий при выступающей части пучка в виде «кисточки». В некоторых экспериментах проводилось несколько измерений при каждой форме выступающей части пучка волос.

Второй этап экспериментов включал в себя исследование влияния длины выступающей части пучка в виде «кисточки» на параметры свечения волос. Для этого брался образец волос длиной 50-70 мм и помещался в тефлоновую трубку в виде «кисточки». При исходной длине пучка волос снималось 10 avi-серий, по которым при обработке данных проводилось усреднение параметров свечения. Затем пучок волос постепенно укорачивался со стороны выступающей части до длины 35 мм. При каждом изменении длины образца волос снималось по 10 avi-серий.

Также в ходе работы были проведены предварительные эксперименты по выявлению влияния на характеристики свечения волос ультрафиолетового облучения. Для этого пучок волос стандартного размера (длина 55 мм и вес 0,45 г) помещался в тефло-новую трубку, закреплялся на заземляющий электрод и помещался на оптическое окно ГРВ-камеры. Область распространения разряда и нижняя часть пучка волос (приблизительно 7-9 мм) затемнялись светонепроницаемой пластиковой крышкой и плотной черной материей. Воздействие ультрафиолета на верхнюю выступающую часть пучка волос производилось ультрафиолетовой лампой с длиной волны 254 нм.

В ходе эксперимента снималось по 5 avi-серий (100 кадров в каждой) с исходными волосами, под действием ультрафиолета и после воздействия ультрафиолета.

Результаты исследований

В ходе проведенной работы были построены зависимости параметров свечения волос от конфигурации выступающей части пучка. Гистограмма изменения интенсивности свечения волос при разрезании «петли» приведена на рис. 2. В данном эксперименте при каждой форме выступающей части пучка было проведено по три измерения. Как видно из рисунка, при разрезании «петли» значения интенсивности свечения волос уменьшаются. Снижение параметров свечения при разрезании «петли» наблюдалось для большинства исследованных образцов волос, и в некоторых случаях уменьшение интенсивности достигало 50%.

55

53

51

49

«i 47

о

X 45

н

о

— 43

41

39

37

35

"петля"-1

"петля"-2

"петля"-3

"кисточка"-1 "кисточка"-2 "кисточка"-3

Рис. 2. Интенсивность свечения волос при двух вариантах размещения выступающей

части пучка волос

Результаты одного из экспериментов по определению влияния длины выступающей части пучка волос в форме «кисточки» на параметры свечения волос приведены на рис. 3. Результаты представлены в виде гистограммы зависимости интегральной интенсивности свечения от длины пучка волос. При проведении данного эксперимента было снято три серии снимков (по 10 avi-фильмов каждая) при исходной длине пучка волос, затем волосы были сняты с заземляющего электрода и установлены вновь. На рис. 3 сериям снимков, произведенных после перестановки волос, соответствуют данные, помеченные*. Перестановка образца волос проводилась, чтобы убедиться, что незначительные различия в положении волос на электроде ГРВ-камеры (например, при шевелении пучка волос при уменьшении длины «хвоста») не вносят существенных изменений в характеристики свечения волос. После перестановки волос было произведено две серии снимков, после чего с выступающей части пучка было срезано 30 мм волос, и длина образца волос уменьшилась до 35 мм. На коротком пучке волос было снято три серии снимков. Как видно из представленных результатов, интенсивность свечения волос практически не меняется при перестановке пучка и существенно возрастает при уменьшении длины выступающей части пучка волос.

120 -

100 -

80 -

Ч

Ш

I 60 -О п."

40 -20 0

Рис. 3. Гистограмма интегральной интенсивности свечения волос в зависимости от длины исследуемого пучка (* соответствует сериям эксперимента, снятым после перестановки образца волос на электроде ГРВ камеры)

60 п

55--Т

50 -I-Г-----

&--I

£ 45 — х -----

о,

40 — -----

35 — -----

30 -1—1--Ц—I--

до воздействия воздействие УФ после воздействия

Рис. 4. Гистограмма интенсивности свечения волос до, во время и после воздействия

ультрафиолетового излучения

Результаты одного из предварительных экспериментов по выявлению влияния ультрафиолетового облучения волос на параметры газоразрядного свечения приведены на рис. 4. При исследовании свечения образца «свежих» волос, срезанных за 18 часов

I -¿г-

65тт-1 65тт-2 65тт-3 65тт-4* 65тт-5* 35тт-1 35тт-2 35тт-3

до проведения эксперимента, наблюдалось незначительное увеличение интенсивности свечения при воздействии ультрафиолета и дальнейшее увеличение сигнала после прекращения воздействия.

Обсуждение

Приведенные экспериментальные данные по изменению величины регистрируемого ГРВ-сигнала в зависимости от длины и конфигурации верхней части исследуемого пучка волос позволяет выдвинуть гипотезу о превалирующей роли емкостной проводимости в протекании тока по биологическим тканям волоса. Полученные результаты могут быть объяснены перераспределением емкостных токов во внутренних структурах волоса при изменении параметров пучка относительно точки заземления (рис. l). Увеличение же интенсивности свечения после облучения волос ультрафиолетом может быть обусловлено переходом электронов в молекулах на более высокий энергетический уровень [7, В], что увеличивает электронную проводимость волос. Перечисленные факторы позволяют выдвинуть гипотезу о прыжковой проводимости [7] внутренних структур волоса, что требует дальнейшей проверки. Кроме того, влияние характеристик внешней части пучка волос на ГРВ-сигнал открывает новые перспективы изучения влияния на волосы различных факторов (путем воздействия на внешнюю часть пучка).

Заключение

Изучено изменение параметров газоразрядного свечения волос в зависимости от конфигурации исследуемого пучка волос. Получены предварительные результаты по увеличению интенсивности свечения волос, и, следовательно, их проводимости под воздействием ультрафиолетового излучения. Выдвинута гипотеза о прыжковой проводимости внутренних молекулярных структур волоса. Разработанный подход открывает перспективы изучения влияния на волосы различных процедур и препаратов.

Литература

1. Clarence R. Robbins. Chemical and Physical Behavior of Human Hair. Springer-Verlag, New York, 1994. З91 p.

2. Скальный А.В., Быков А.Т. Эколого-физиологические аспекты применения макро-и микроэлементов в восстановительной медицине. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 200З. 19В с.

3. Муромцев Д.И. Практика применения динамической ГРВ-графии в медико-биологических исследованиях. // Наука. Информация. Сознание: тезисы VIII международного конгресса по ГРВ биоэлектрографии. СПб, 2004. С. 140-142.

4. Vainshelboim A.L., Hayes M.T., Korotkov K., Momoh K.S. Observing the behavioral response of human hair to a specific external stimulus using dynamic gas discharge visualization. J. Cosm. Science. Princeton, New Jersey. 2004. Vol. SS. Р. 91-104.

5. Vainshelboim A.L., Hayes M.T., Korotkov K., Momoh K.S. GDV Technology Applications for Cosmetic Sciences. IEEE 18th Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS 200S). Dublin, Ireland, June 200S.

6. Vainshelboim A.L., Hayes M.T., Korotkov K., Momoh K.S. Electric and magnetic fields and electron channelling in human hair. Podium Proceedings. IFSCC International Conference. Florence: CEC Editor. September 200S. Р. 1З7-171.

7. Рубин А.Б. Биофизика. М: Наука. 2004. Том 1. 46З с.

В. Самойлов В.О. Элементы квантовой биофизики. СПб: Изд-во СПбГТУ. 2001. 44 с.