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単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単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単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の短期ばく露はリン脂質単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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To analyze the possible influence of 60 GHz millimeter waves on the physical properties of phospholipid layers in artificial models of biological membranes.
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.
| 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
|
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ばく露2:
60 GHz
Modulation type:
AM
ばく露時間:
continuous for 5 h
|
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|
ばく露3:
60 GHz
Modulation type:
CW
ばく露時間:
intermittend 1 h on - 1 h off for 7 h
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|
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ばく露4:
60 GHz
Modulation type:
CW
ばく露時間:
continuous for 3 h
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|
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ばく露5:
60 GHz
Modulation type:
CW
ばく露時間:
continuous for 5 h
|
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.
| 周波数 | 60 GHz |
|---|---|
| タイプ |
|
| 特性 |
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| 偏波 |
|
| ばく露時間 | continuous for 5 h |
| Modulation type | CW |
|---|
| ばく露の発生源／構造 |
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|---|
| 測定量 | 値 | 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 |
| 周波数 | 60 GHz |
|---|---|
| タイプ |
|
| 波形 |
|
| 特性 |
|
| 偏波 |
|
| ばく露時間 | continuous for 5 h |
| Modulation type | AM |
|---|---|
| Modulation frequency | 1 kHz |
| ばく露の発生源／構造 |
|
|---|
| 周波数 | 60 GHz |
|---|---|
| タイプ |
|
| 特性 |
|
| 偏波 |
|
| ばく露時間 | continuous for 5 h |
| Modulation type | CW |
|---|
| ばく露の発生源／構造 |
|
|---|
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.
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