Статья «РАСПРОСТРАНЯЮЩИЕСЯ СУБТЕРАГЕРЦОВЫЕ ПРОДОЛЬНЫЕ ФОНОННЫЕ МОДЫ В ЛИПИДНОМ БИСЛОЕ В ВОДНОЙ СРЕДЕ, "Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии"»

Недавно было экспериментально обнаружено, что субтерагерцовые/терагерцовые колебания ферментов и ДНК в водной среде могут быть связаны с когерентными делокализованными модами с затуханием значительно ниже критического, регулирующими важные функциональные процессы. Аналогичные распространяющиеся фононные моды найдены и в свободных гидратированных липидных бислоях. В настоящей работе теоретически исследованы свойства субтерагерцовых (частоты порядка десятков-сотен гигагерц) продольных акустических колебаний в бислойной липидной мембране, погруженной в водную среду. Рассматриваются вынужденные колебания, возбуждаемые касательными механическими напряжениями на поверхностях бислоя, и термически возбуждаемые фононные моды. В основу анализа положены: (а) обобщенная гидродинамическая модель системы двумерный липидный бислой + водная среда; (б) известные оценки частот и времен жизни продольных акустических фононов в свободном гидратированном липидном бислое и в воде, полученные по результатам экспериментов по неупругому рентгеновскому рассеянию и численного моделирования методом молекулярной динамики. Показано, что для характерных значений параметров затухание мембранной фононной моды ниже критического. При этом вклад водной среды в затухание мембранной моды мал по сравнению со вкладом липидного бислоя. Полученные результаты обосновывают возможность реализации термически возбуждаемых продольных фононов в биологических мембранах в физиологических условиях, а также возможность резонансного усиления воздействия на мембранную динамику субнаносекундных электрических импульсов и импульсов субтерагерцового электромагнитного излучения.