Аналитически и численно исследовано влияние неоднородного электрического поля снаружи, в клеточных мембранах и цитоплазме последовательно расположенных биологических клеток, возникающее при воздействии поля проводящего острия (электрода), находящегося под напряжением. Электрод вблизи вершины имеет параболоидальную форму, а клетки расположены на его оси. Дано численное решение задачи в квазиэлектростатическом приближении. Решена задача с тремя клетками сферической формы и гармонически меняющимся напряжением электрода, определены точки максимального поля в мембранах. Найдены поля в этих точках при импульсном напряжении. Подробно рассмотрен случай прямоугольного им-пульса и меандра. Показано, что для предложенных моделей биологических клеток время нарастания импульсного поля в мембранах порядка 150 ns, что важно для исследования электропорации
A study of an inhomogeneous electric field outside, in the cell membranes and cytoplasm of sequentially arranged biological cells, which occurs when exposed to the field of a conductive tip (electrode) under voltage, has been conducted. The electrode near the tip has a paraboloi-dal shape, and the cells are located on its axis. A numerical solution of the problem in the quasi-electrostatic approximation is given. The problem with three spherical cells and a har-monically varying electrode voltage has been solved, and the maximum field points in the membranes have been determined. Fields at these points are found at pulsed voltage. The case of a rectangular pulse and a meander is considered in detail. It is shown that for the proposed biological cell models, the pulse field rise time in membranes is about 150 ns, which is important for studying electroporation
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
В работе был предложен метод решения краевой задачи нахождения электрического поля погруженного в жидкость осесимметричного проводящего острия, вблизи которого, вдоль оси, расположен ряд из биологических клеток. Особо следует отметить следую-щее:
-
метод пригоден для практически любых осесимметричных форм поверхностей острия и клеток;
-
метод может быть применен для задач, в которых острие и клетки находятся рядом с плоскослоистой структурой [25];
-
выход напряженности импульсного электрического поля в мембранах клеток на значение по уровню 0,9 от максимального составляет примерно 150 нс, что является важным фактором определяющим практическое использование электропорации [2];
-
полученные методы могут найти применения для практического использования неоднородных импульсных электрических полей и в других задачах электрофизики, биофизики и медицины.
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
- Polk C. / IEEE Trans. on Plasma Sci. 2000. Vol. 28. № 1. P. 6.
- Василяк Л. М. / Успехи прикладной физики. 2018. Т. 6. № 1. С. 5.
- Tracey R. / J. Bacteriology. 1932. Vol. 24. № 6. P. 423.
- Weaver J. C. / IEEE Trans. on Plasma Sci. 2000. Vol. 28. № 1. P. 24.
- Dev S. B., Rabussay D. P., Widera G., Hofmann G. A. / IEEE Trans. on Plasma Sci. 2000. Vol. 28. № 1. P. 206.
- Weaver J. C. / IEEE Trans. on Diel. and Elect. Ins. 2003. Vol. 10. № 5. P. 754.
- Chen C., Smye S., Robinson M. et al. / Med. Bio. Eng. Comput. 2006. Vol. 44. P. 5.
- Prausnitz M., Edelman E., Gimm J. et al. / Nat. Biotechnol. 1995. Vol. 13. № 11. P. 1205.
- Liu C., Wang B., Wang Z., Zhang H. / IEEE Trans. on Plasma Sci. 2000. Vol. 28. № 1. P. 150.
- Dey S. B., Hofmann G. A., Gilbert R. A. et al. / Pa-tent № 6,569,149 B2 (US). May 27, 2003.
- McCluskey B., Dhillon P. / Patent № 9,020,605 B2 (US). Apr. 28, 2015.
- Timoshkin V., MacGregor S. J., Fouracre R. A. et al. / J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. Vol. 39. P. 596.
- Петрин А. Б. / Теплофизика высоких температур. 2026 (представлена 16.02.2026 г.).
- Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах: В 2-х книгах, Кн. 1. / Пер. с англ. – М.: Мир, 1984.
- Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 6. Электродинамика – М.: Мир, 1977.
- Петрин А. Б. / Успехи прикладной физики. 2025. Т. 13. № 5. С. 365.
- Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. – М.: Наука, 1967.
- Никифоров А. Ф., Уваров В. Б. Специальные функции математической физики. – М.: Наука, 1984.
- Петрин А. Б. / Теплофизика высоких температур. 2025. Т. 63. № 6 (дополнительный). С. 856.
- Петрин А. Б. / Теплофизика высоких температур. 2024. Т. 62. № 5. С. 722.
- Петрин А. Б. / Журнал технической физики. 2023. Т. 93. № 3. С. 318.
- Петрин А. Б. / Теплофизика высоких температур. 2024. Т. 62. № 1. С. 95.
- MacGregor S. J., Farish O., Fouracre R., Rowan N. J., Anderson J. G. / IEEE Trans. on Plasma Sci. 2000. Vol. 28. № 1. P. 144.
- Beveridge J. R., MacGregor S. J., Marsili L., Anderson J. G., Rowan N. J., Farish O. / IEEE Trans. on Plasma Sci. 2002. Vol. 30. № 4. P. 1525.
- Petrin A. B. / J. Commun. Technol. Electron. 2023. Vol. 68. P. 1097.
- Polk C., IEEE Trans. on Plasma Sci. 28 (1), 6 (2000).
- Tracey R., J. Bacteriology 24 (6), 423 (1932).
- Vasilyak L. M., Plasma Phys Rep. 47, 318 (2021).
- Weaver J. C., IEEE Trans. on Plasma Sci. 28 (1), 24 (2000).
- Dev S. B., Rabussay D. P., Widera G. and Hof-mann G. A., IEEE Trans. on Plasma Sci. 28 (1), 206 (2000).
- Weaver J. C., IEEE Trans. on Diel. and Elect. Ins. 10 (5), 754 (2003).
- Chen C., Smye S., Robinson M. et al., Med. Bio. Eng. Comput. 44, 5 (2006).
- Prausnitz M., Edelman E., Gimm J. et al., Nat. Biotechnol. 13 (11), 1205 (1995).
- Liu C., Wang B., Wang Z., and Zhang H., IEEE Trans. on Plasma Sci. 28 (1), 150 (2000).
- Dey S. B., Hofmann G. A., Gilbert R. A. et al. Patent № 6,569,149 B2 (US). May 27, 2003.
- McCluskey B. and Dhillon P. Patent № 9,020,605 B2 (US). Apr. 28, 2015.
- Timoshkin V., MacGregor S. J., Fouracre R. A. et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 39, 596 (2006).
- Petrin А. B. High Temperature (submitted 16.02.2026) (2026).
- King R. W. P. and Smith G. S. Antennas in matter: fundamentals, theory, and applications. Cambridge Mass.: MIT Press, 1981.
- Feynman R., Leighton R., and Sands M. Feynman Lectures on Physics, Vol. 2. Massachusetts: Addison-Wesley, 1964.
- Petrin A. B., Usp. Prikl. Fiz. (Advances in Applied Physics) 13 (5), 365 (2025) [in Russian].
- Angot A. Compléments de Mathematiques à l’usage desingénieurs de Électrotechnique et des Télécom-munications. Paris: Ed. Revue d’Optique, 1957.
- Nikiforov A. F. and Uvarov V. B. Special func-tions of mathematical physics. Moscow: Nauka, 1984
[in Russian]. - Petrin A. B., Teplofizika vysokikh temperature 63 (6), 856 (2025) [in Russian].
- Petrin A. B., Teplofizika vysokikh temperature 62 (5), 722 (2024) [in Russian].
- Petrin A. B., Technical Physics 68 (3), 295 (2023).
- Petrin A. B., High Temperature 62 (1), 78 (2024).
- MacGregor S. J., Farish O., Fouracre R., Ro-wan N. J., and Anderson J. G., IEEE Trans. on Plasma Sci. 28 (1), 144 (2000).
- Beveridge J. R., MacGregor S. J., Marsili L., An-derson J. G., Rowan N. J., and Farish O., IEEE Trans. on Plasma Sci. 30 (4), 1525. (2002).
- Petrin A. B., J. Commun. Technol. Electron. 68, 1097 (2023).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Электрическое воздействие проводящего острия на мембраны последовательно расположенных биологических клеток Петрин А. Б. 283
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
XXVIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и системам технического зрения (обзор) Бурлаков И. Д., Полесский А. В., Якушев М. В. 301
Формирование пространственно-энергетического профиля зоны видимости активно-импульсными системами наблюдения при малом времени экспозиции фотоприемника Бушук С. Б., Снежко М. С., Пучковский И. Н., Шавель С. С., Кунцевич Б. Ф. 308
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Экспериментальное исследование механизмов генерации электронов с аномальной энергией в вакуумных и газонаполненных диодах Тарасенко В. Ф., Воробьёв М. С., Кожевников В. Ю., Козырев А. В., Бакшт Е. Х. 323
Влияние коронного разряда различной полярности на посевные качества семян белой горчицы Бычков В. Л., Шваров А. П., Хуснетдинова Т. И., Тен Н. М., Логунов А. А., Бычков Д. В., Головченко А. В. 337
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Зависимость оптических и электрофизических свойств пленок бутилзамещенного фталоцианина цинка от химической структуры подложек Расмагин С. И. 347
Экситонная спектроскопия для контроля состава твердых растворов АII BVI Васильева Л. И., Загарских В. И., Комарова О. С., Средин В. Г., Фёдоров Д. Л. 360
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Математическое моделирование нечёткого ПИД-регулятора в задаче автофокусировки оптико-электронной системы Берилло А. А. 368 Мультисенсорная система технического зрения для измерения объемов топливных баков Смирнов А. О., Полесский А. В., Юдовская А. Д. 377
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 384
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
Electrical effect of a conducting tip on the membranes of successively located biological cells Petrin A. B. 283
PHOTOELECTRONICS
XXVIII International Scientific and Technical Conference on Photoelectronics and Machine Vision Systems (review) Burlakov I. D., Poleskiy A. V., and Yakushev M. V. 301
Formation of a spatial-energy profile of the visibility zone by active-pulse observation systems with a relatively short exposure time of the photodetector Bushuk S. B., Snezhko M. S., Puchkovsky I. N., Shave S. S., and Kuntsevich B. F. 308
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Experimental study of the mechanisms of generation of electrons with anomalous energy in vacuum and gas-filled diodes Tarasenko V. F., Vorobyov M. S., Kozhevnikov V. Yu., Kozyrev A. V., and Baksht E. Kh. 323
The effect of corona discharge of different polarities on the sowing qualities of white mustard seeds Bychkov V. L., Shvarov A. P., Khusnetdinova T. I., Ten N. M., Logunov A. A., Bychkov D. V., and Golovchenko A. V. 337
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Dependence of optical and electrophysical properties of butyl-substituted zinc phthalocyanine films on the chemical structure of the substrates Rasmagin S. I. 347
Exciton spectroscopy for the composition control of AII BVI solid solutions Vasileva L. I., Zagarskih V. I., Komarova O. S., Sredin V. G., and Fedorov D. L. 360
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
Mathematical modeling of a fuzzy PID controller for autofocusing of an optoelectronic system Berillo A. A. 368
Multi-sensor vision system for measuring the volume of fuel tanks Smirnov A. O., Polessky A. V., and Yudovskaya A. D. 377
INFORMATION
Rules for authors 384
Другие статьи выпуска
Разработана мультисенсорная система технического зрения и программно-аппаратный комплекс (ПАК) для решения задач фотограмметрии – определения пространственных координат точек. Система предназначена для высокоточного контроля крупногабаритных кольцевых конструкций, в частности для измерения объёмов топливных баков с учётом погрешностей изготовления и упругих деформаций.
В работе представлены результаты экспериментального сравнения классического и нечёткого ПИД-регуляторов в задаче автофокусировки оптико-электронной системы. Эксперимент проводился на реальной USB-камере UGREEN 2K в условиях белого ящика с равномерным освещением при резком изменении расстояния до объекта с 300 до 100 мм. Показано, что применение нечёткого ПИД-регулятора с динамической настройкой коэффициентов позволяет сократить время переходного процесса на 31,8 % и снизить перерегулирование на 42,9 % по сравнению с классическим регулятором. Выявлена особенность адаптации: коэффициент Kp остаётся практически неизменным, в то время как Ki и Kd динамически подстраиваются под изменение сцены. Обоснована возможность реализации алгоритмов на одноплатном компьютере Orange Pi 6 Plus с использованием встроенного нейропроцессора для аппаратного ускорения вычислений.
Рассматриваются возможности экситонной спектроскопии для определения состава, степени его однородности и фазового состава для твердых растворов полупроводников AIIBVI с изовалентным замещением.
Методом вакуумного напыления синтезированы тонкие пленки бутилзамещенного фталоцианина цинка на подложках различной природы. По данным электронных спектров поглощения установлена зависимость оптических свойств от природы подложки. Показано, что кристаллическая структура также зависит от типа поверхности: α-фаза (метастабильная) формируется на органических подложках, β-фаза (стабильная) – на неорганических. Экспериментальные исследования показали влияние природы подложек на свойства спектров поглощения и величину поверхностного электрического сопротивления пленок бутилзамещенного фталоцианина цинка. Дальнейшее исследование выявило значительное влияние взаимодействия между молекулами бутилзамещенного фталоцианина цинка и молекулами подложек на свойства пленок. Это обстоятельство подчеркивает важность учета характера межмолекулярного взаимодействия при разработке сенсорных устройств с использованием данных пленок в качестве активного элемента газовых датчиков.
Семена белой горчицы (Sinapis alba L., сорт Rapsodiya) обрабатывали в многоигольчатой установке коронного разряда при напряжении 6–7 кВ, током 0,6–0,7 мА и плотностью тока 9,4–11 мкA/cm2 в течение 30 и 60 минут. Наилучшие результаты достигнуты при обработке положительной короной в течение 30 мин: индекс энергии прорастания составил 382 % относительно контроля, длина корней достигла 6,5 см, а степень набухания через 24 ч – 2,70. Увеличение времени обработки, а также использование отрицательной полярности разряда в целом приводили к снижению показателей жизнеспособности. Таким образом, оптимальным режимом предпосевной обработки исследуемых семян является положительный коронный разряд при экспозиции 30 мин.
Представлены результаты экспериментального исследования генерации электронов с аномальной энергией (ЭАЭ) в вакуумных и газонаполненных диодах, под которыми понимаются электроны с энергией T, превышающей eU (e – заряд электрона, U – напряжение на промежутке). Несмотря на существование ряда известных механизмов, вопрос о доминирующих процессах в наносекундных импульсных режимах остаётся открытым. В настоящей работе экспериментально обосновано два основных механизма генерации ЭАЭ. В вакуумных диодах доля таких электронов превышает 10 % и обусловлена их дополнительным ускорением на фронте импульса тока вследствие перераспределения электрического поля в промежутке. В газонаполненных диодах определяющим процессом является ускорение заряженных частиц на фронте движущейся поляризованной плазмы. Рассмотрен также механизм фотоэлектрического поглощения тормозного излучения при бомбардировке анода с последующим ускорением вторичных электронов; показано, что при напряжениях порядка сотен киловольт его вклад в суммарную долю ЭАЭ не является доминирующим
Предложена модель формирования пространственно-энергетического профиля (ПЭП) зоны видимости активно-импульсными системами наблюдения (АИСН) при фиксированном расстоянии задержки, когда длительность строб-импульсов (времени экспозиции фотоприемника) tфп значительно меньше ( в десять и более раз) длительности импульсов лазерной подсветки tлаз объектов. На основе предложенной модели получены аналитические выражения, связывающие характерные расстояния (точки) ПЭП зоны видимости с длительностями строб-импульсов и не регулируемой технической (внутренней) задержки, а также параметрами импульсов подсветки при их трапециевидной, треугольной или прямоугольной временной форме. Численные расчеты подтвердили справедливость полученных аналитических выражений. Установлено и экспериментально подтверждено, что при передвижении от начальной точки зоны видимости к конечной ПЭП с учетом опреде-ленных закономерностей воспроизводит (отображает) временную форму импульса подсветки, следуя от его конца к началу. При проявлении так называемого эффекта малых расстояний эта закономерность не выполняется. Полученные результаты могут быть использованы при интерпретации экспериментальных зависимостей, а также для выбора оптимальных параметров АИСН при решении конкретных практических задач.
27–29 мая 2026 года состоялась XXVIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и системам технического зрения. Настоящий обзор содержит систематизированный анализ наиболее значимых докладов, представленных на пленарных, устных и стендовых секциях
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2026 год.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400