Моделювання взаємодій наночастинок заліза Fe3+ з тонкими плівками органічних речовин
DOI:
https://doi.org/10.18372/1990-5548.79.18440Ключові слова:
моделювання, фізична модель, Fe3 , іони заліза, біосенсор, двошарові мембраниАнотація
Розглянуто результати вирішення задачі моделювання взаємодії наночастинок заліза Fe3+ з тонкими бішаровими мембранами. Метою роботи було створення фізичної моделі поведінки та взаємодії наночастинок заліза Fe3+, які знаходяться поблизу тонких плівок органічних речовин. Для цього було розглянуто та проаналізовано фізичні модельні системи з тонкими плівками – БФМ (біслойними фосфоліпідними мембранами) та БЛМ (бішаровими фосфоліпідними мембранами), в ці системи було введено наночастинки заліза. Для виконання поставленої задачі були застосовані методи пошуку даних («дата майнінг»), отриманих методом газорідинної хроматографії, у експериментах з реєстрації трансмембранних електричних струмів через штучні двошарові БФМ та БЛМ мембрани, частково також у експериментах на природних мембранах за методикою фіксації потенціалу. Оскільки застосована сполука FeCl3 піддається гідролізу, утворені гідроксильні групи взаємодіють з мембранами БЛМ, також беручи участь у сумі ефектів взаємодії. Таким чином, було зроблено висновок про важливу роль гідроксильних груп у механізмі аніонної селективності БЛМ, що є підтвердженням отриманих раніше даних досліджень. Були розглянуті також ряд ефектів за участі іонофорів, що підвищують іонну проникність штучних БЛМ мембран; вони можуть зв'язувати іони металів внаслідок іон-дипольної взаємодії. Описана система з мембраною і розташованими біля неї іонами заліза (III) може бути використана для вивчення ряду явищ як на штучних, так і на природних мембранах, наприклад, при поглинанні наночасток заліза організмом людини з довкілля. Для всіх розглянутих випадків справджуються відомі фізичні та фізико-хімічні закономірності та відповідний розроблений математичний апарат. А саме, для описання розглянутих ефектів є справедливими є аналітичні вирази, які базувалися на електростатичних взаємодіях електричних зарядів, що пов’язані як з іонами Fe3+ , так і локалізовані на поверхнях мембран. Розглянуті модельні мембрани знаходяться на межі живої і неживої природи. У той же час ці системи є простими системами, до яких застосовні закони фізики та фізичної хімії, і в деяких випадках при розробці ряду технічних гібридних систем вони можуть грати роль біосенсорів. Завдяки своїй простоті такі моделі можна достатньо легко відтворити в умовах експериментів, тестувань речовин з аналітичною метою у екстремальних ситуаціях. Тому такі прості, надійні, апробовані методи можна використовувати у воєнний час у ситуаціях з обмеженими лабораторними ресурсами.
Посилання
T. I. Bilyk, S. I. Tkachenko, and O. A. Vasylchenko, “Fundamentals of ecological toxicology”, Kyiv: NAU. 2012, 260 p.
G.M. Franchuk, and V.M. Isaenko, “Ecology, aviation, cosmos”. Kyiv: NAU, 2005, 456 p. [in Ukrainian].
“Directions for advanced environmental protection activities in the Armed Forces of Ukraine,” Ed. O. I. Lisenko, S. M. Chumachenko, and Yu. I. Sitnik, Kyiv: NNDC Oti VB of Ukraine. 2006, 424 p. [in Ukrainian].
S. O. Apostolyuk, V. S. Dzhigirey, I. A. Sokolovsky, G. V. Somar, and N. G. Lukyanchuk, “Industrial ecology,” 2nd Edition. K.: Znannya, 2012, 432 p. [in Ukrainian].
V. M. Isayenko, G. V. Lisichenko, T. V. Dudar, G. M. Franchuk, and E. M. Varlamov, “Monitoring and methods for measurement of the parameters of environment,” Kyiv: NAU-druk. 2009, 311 p. [in Ukrainian].
T. V. Mikhalevska, V. M. Isaienko, V. A. Groza, and V. M. Krivorotko, “Fundamentals of statistics and information banks in ecology,” Kyiv: NAU-druk. 2009, 156 p. [in Ukrainian].
T. B. Mykhailivska, V. M. Isaenko, V. A. Groza, and V. M. Krivorotko, “Modeling and forecasting will become more advanced,” Part 1. Kyiv: Knizhkova view of NAU. 2006, 212 p. [in Ukrainian].
I.S. Magura, “Problems of electrical excitability of the neuronal membrane,” Kyiv: Nauk. Dumka. 1981, 208 p. [in Ukrainian].
M. Awashra, and P. Młynarz. “The toxicity of nanoparticles and their interaction with cells: an in vitro metabolomic perspective,” Nanoscale Adv., 10(5), pp. 2674–2723. https://doi.org/10.1039/d2na00534d
L. Z. Flores-López, H. Espinoza-Gómez, and R. Somanathan, “Silver nanoparticles: Electron transfer, reactive oxygen species, oxidative stress, beneficial and toxicological effects,” Mini review. J Appl Toxicol. 39(1), pp. 16–26, 2019. https://doi.org/10.1002/jat.3654
M. Węsierska, K. Dziendzikowska, J. Gromadzka-Ostrowska, J. Dudek, H. Polkowska-Motrenko, J. N. Audinot, A. C. Gutleb, A. Lankoff, and M. Kruszewski, “Silver ions are responsible for memory impairment induced by oral administration of silver nanoparticles,” Toxicol Lett. 15, 290, pp. 133–144, 2018. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2018.03.019
K. Dziendzikowska, M. Węsierska, J. Gromadzka-Ostrowska, J. Wilczak, M. Oczkowski, S. Męczyńska-Wielgosz, and M. Kruszewski, “Silver Nanoparticles Impair Cognitive Functions and Modify the Hippocampal Level of Neurotransmitters in a Coating-Dependent Manner,” Int J Mol Sci. 22(23):12706, 2021. https://doi.org/10.3390/ijms222312706
K. Dziendzikowska, J. Wilczak, W. Grodzicki, J. Gromadzka-Ostrowska, M. Węsierska, and M. Kruszewski, “Coating-Dependent Neurotoxicity of Silver Nanoparticles-An In Vivo Study on Hippocampal Oxidative Stress and Neurosteroids,” Int J Mol Sci. 23(3), 1365, 2022. https://doi.org/10.3390/ijms23031365
J. Carrola, V. Bastos, I. Jarak, R. liveira-Silva, E. Malheiro, A. L. Daniel-da-Silva, H. Oliveira, C. Santos, A. M. Gil, and Duarte I. F., “Metabolomics of silver nanoparticles toxicity in HaCaT cells: structure-activity relationships and role of ionic silver and oxidative stress,” Nanotoxicology. 10(8), pp. 1105–1117, 2016. https://doi.org/10.1080/17435390.2016.1177744
O. Gonchar, A. Maznychenko, N. Bulgakova, I. Vereschaka, T. Tomiak, U. Ritter, Y. Prylutskyy, I. Mankovska, and A. Kostyukov, “C60 Fullerene prevents restraint stress-induced oxidative disorders in rat tissues: possible involvement of the Nrf2/ARE-antioxidant pathway,” Oxidative Medicine and Cellular Longevity, Article ID 2518676, 17 p., 2018.
O.O. Gonchar, A.V. Maznychenko, N.V. Bulgakova, I.V. Vereshchaka, T. Tomiak, U. Ritter, Y.I. Prylutskyy, I.M. Mankovska, A.I. Kostyukov, “Modulation of Nrf2/ARE-Antioxidant Pathway by Nanoparticles Attenuates Oxidative Stress- Induced Disturbance in Rat Tissues”. Top 5 Contributions in Oxidative Medicine: 2nd Edition. “Avid Science”, pp. 2–43, 2019.
V. S. Umanets, B. A. Voinyk, V. A. Pavlov, and Ie. A. Nastenko, “Estimation of algorithms efficiency in the task of biological objects clustering,” Innov Biosyst Bioeng. 2(2), pp. 84–89, 2018. https://doi.org/10.20535/ibb.2018.2.2.133466
S. V. Gorobets, O. V. Kravchenko, M. O. Bulaievska, and O. S. Panchenko, “Bionformation detection of magnetic nanoparticles producers among iron- and manganese-oxidizing bacteria,” Innov Biosyst Bioeng. 2(2), pp. 90–97, 2018. [in Ukrainian] https://doi.org/10.20535/ibb.2018.2.2.133466
M. G. Klyuchko, “Fundamentals of aviation materials processing technology,” Kyiv: Kyiv Institute of Civil Aviation Engineers. 1996, 18 p.
A. Ya. Alyabyev, and M. G. Klyuchko, “Damage to aircraft parts by fretting corrosion,” Kyiv: Kyiv Institute of Civil Aviation Engineers. 1969, 147 p.
O. M. Klyuchko, “Information computer technologies for using in biotechnology: electronic medical information systems,” Biotechnologia Acta, 11(3), pp. 5–26, 2018. https://doi.org/10.15407/biotech11.03.005
A. Plakhotnij, O. M. Klyuchko, and M. V. Krotinova, “Information support for automatic industrial environment monitoring systems,” Electronics and Control Systems, 47(1), pp. 29–34, 2016. https://doi.org/10.18372/1990-5548.47.10266
O. M. Klyuchko, and Z. F. Klyuchko, “Electronic databases of Arthropods: methods and applications,” Biotechnologia Acta, 11(4), pp. 8–49, 2018. https://doi.org/10.15407/biotech11.04.028
O. M. Klyuchko, A. Ya. Biletsky, and D. Navrotskyi, “Method of application of biotechnical monitoring system with expert subsystem and biosensor,” Patent UA 131863 U; G01N33/00, C12Q 1/02, C12N 15/00. Priority: 27.04.18, u201804663, Issued: 11.02.2019, Bull. 3. [in Ukrainian].
N. I. Aralova, O. M. Klyuchko, V. I. Mashkin, and I. V. Mashkina, “Software for the reliability investigation of operator professional activity for “Human-Machine” systems,” Electronics and Control Systems, 51(1), pp. 105–113, 2017.
O. M. Klyuchko, “On the mathematical methods in biology and medicine,” Biotechnologia Acta, 10(3), pp. 31–40, 2017. https://doi.org/10.15407/biotech10.03.031
O. M. Klyuchko, “Application of artificial neural networks method in biotechnology,” Biotechnologia Acta, 10(4), pp. 5–13, 2017. https://doi.org/10.15407/biotech10.04.005
O. M. Klyuchko,“Cluster analysis in biotechnology,” Biotechnologia Acta, 10(5), pp. 5–18, 2017. https://doi.org/10.15407/biotech10.05.005
O.M. Klyuchko, and Yu. M. Onopchuk. “Some trends in mathematical modeling for biotechnology,” Biotechnologia Acta. 11(1), pp. 39–57, 2018. https://doi.org/10.15407/biotech11.01.039
P. V. Beloshitsky, O. M. Klyuchko, and Yu. M. Onophuk, “Studying of hypoxia problem by Ukrainian scientists at Elbrus region,” Bulletin of NAU, (3-4), pp. 44–50.
R. G. McDonald, and T. E. Thompson, “Properties of lipid bilayer membranes separating two aqueous phases: the effects of the Fe3+ on electrical properties,” J Membrane Biol., 7, pp. 54–87.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
