Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастицНИР

Phaze

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
4 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: трансляционной диффузии и концентрационные зависимости параметра рассеяния (величина и знак коэффициента межмолекулярного взаимодействия) Получено удовлетворительное согласие данных обоих методов – статического и динамического. Результат имеет принципиальное значение для диагностики. 4.2.1.Исследовались свойства критической адсорбции в жидкой бинарной смеси уксусный ангидрид-пентан, содержащей два полярных компонента, рефрактометрическим методом. 4.2.2.Производились расчеты для приближённого вычисления главного угла падения для вычисления по ранее разработанной методике параметров поверхностного слоя из эллипсометрических данных для чистых жидкостей. 4.2.3.Выполнялась наладка модульного спектрометра динамического рассеяния света с аналитическим комплексом.(ДРСАК). 4.3.1. Выполнены измерения адиабатического термического коэффициента давления в ограниченном температурном интервале : до 430 К. Особое внимание было обращено на достижение точности измерений, соответствующей случайной погрешности ниже 1%. В ряде серий ошибка измерений была на уровне 0,5 %. Но были серии с погрешностью до 2, 5 %. Снижение точности было вызвано присутствием спонтанно появляющихся и также спонтанно исчезающих помех, источник которых пока не удалось установить. Это требует продолжение работ по устранению влияния низкочастотной помехи и получения более устойчивых результатов с низким уровнем ошибки измерений. Были выполнены серии измерений а.т.к.д. при трёх различных частотах модуляции: 2,5; 4,15 и 6.2 Гц. Зависимость значений а.т.к.д. от частоты отражает изменение адиабатических условий. Эти данные дают материал для проверки теоретических соотношений, позволяющих определять поправочные множители. 4.4.1.Насыщение образцов воды углекислым газом методом барботирования при температуре 241˚С выявило, что в случае талой воды было выявлено, что растворимость углекислого газа в ней достоверно меньше, чем в случае обычной дистиллированной воды до концентрации 13013 мг/л. На основе этой программы создана экспериментальная методика различения водных образцов с рзаличными структурными свойствами. 4.4.2.Создана компьютерная программа по определению хиральных конфигураций водных кластеров и их типов. 4.4.3.Создана компьютерная программа по различению инфракрасных спектров жидких сред на основе расчета начальных моментов ряда распределения интенсивности в спектре и сравнения полученных значений между собой.
5 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: 4.1. Разработан проект устройства для зарядки аккумуляторов на основе расширения воды при кристаллизации. 4.2. С помощью созданной программы проведены численные эксперименты по различению хиральных конфигураций водных кластеров в окружении ионов Na+, K+, валина и глицерозы. 4.3. С помощью созданной программы проведена обработка инфракрасных спектров растворов солей, дистиллированной воды, талой воды и легкой воды. 4.4. Исследованы силовые поля переходных конфигурации K+[H2O]8, Na+[H2O]8, полученных в результате проведенного численного эксперимента методом Монте-Карло. В результате выявлена не состоятельность формата pdb-файла в качестве исходных данных для проведения расчетов влияния электрической компоненты низкоинтенсивного электромагнитного поля на водные кластеры в связи с ограничением формата представления координат атомов 3 знаками после запятой. 4.5. Исследованы экспериментальные зависимости временной корреляционной функции для гептана, этанола, изопропилового спирта, бутанола, глицерина, дистиллированной и деионизованной воды. 4.6. Рассчитаны экспериментальные и теоретические значения коэффициента поглощения и частоты колебаний для гептана, этанола, изопропилового спирта, бутанола, глицерина, дистиллированной и деионизованной воды. 4.7. Освоен и введен в работу на установке для измерения адиабатического термического коэффициента давления (а.т.к.д.) цифровой нановольтметр SR-810. В тестовых испытаниях, проведенных на образцах с ячейкой облегченной конструкции, достигнута точность измерений а.т.к.д., соответствующая величине случайной погрешности в пределах 0.5- 1%. Изготовлены все детали конструкции рабочей ячейки для измерения а.т.к.д. Щелочных (легкоплавких) металлов в расширенном температурном интервале: 300-700 К. Подготовлена система нагрева и стабилизации температуры образца на базе высокоточного регулятора температуры ВРТ-3. 4.8. Разработан метод вычисления параметров межфазного слоя – показателя преломления и толщины интерфейса жидкость-пар из измерений коэффициента эллиптичности ρ при нескольких длинах волн зондирующего света. Указанный метод применен к измерениям эллиптичности (ст. Кизеля В.А. и Степанова А.Н. 1954г.) на нескольких чистых жидкостях (по результатам отправлена в печать статья). 4.9. Оптическими методами (динамическое рассеяние света, АСМ, флуоресценция) рассмотрены процессы биодеградации коллагена под воздействием фермента коллагеназы в присутствии активаторов и ингибиторов. Характерное время расщепления коллагена в чистом растворе, содержащем коллагеназу, составляет около 60 мин, добавление активаторов (ионов Ca2+ и Zn2+) сокращает время разрушения белка до 30 мин. Добавление ингибитора ЭДТА в водные растворы коллагена и коллагеназы приводит снижению активности фермента и замедляет скорость биодеградации в 1,3 раза. 4.10. С помощью метода фотонно-корреляционной спектроскопии обнаружены процессы изменения структуры некоторых ферментов: лизоцима при изменении температуры, креатинкиназы при изменении концентрации. 4.11. Откалибрована призма Франка-Риттера для исследования взаимодействия глобулярных белков с соединениями железа в водных растворах, содержащих наномаркер флуоресциина, по определению максимума и минимума интенсивности флуоресценции. 4.12. С помощью динамического рассеяния света получено, что добавление в водные растворы γ-глобулина хлорида железа практически не меняются значения коэффициентов трансляционной диффузии Dt из чего следует, что молекулы белка практически не взаимодействуют с ионами железа.
6 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: С помощью различных физических методов - статического и динамического рассеяния света, АСМ, спектроскопии и поляризации флюоресценции исследованы фазовые превращения в растворах заряженных макромолекул – белков и ферментов (лизоцима, креатинкиназы, модельных систем сыворотки крови – растворов альбумина и гамма-глобулина, коллагена и коллагеназы). Исследовано образование дипольных наноструктур под воздействием ионов металлов с большими ионными радиусами (калия, европия, свинца). Изучено воздействие на белки сыворотки крови человека различных железосодержащих препаратов в условиях недостатка и избытка железа в организме. Модернизирована оптическая установка на базе фотонно-корреляционного спектрометра: добавлена оптическая система с более коротковолновым лазером и поляризационной системой, предназначенная для исследования поляризованной флуоресценции в белковых растворах. Изучен механизм взаимодействия белка коллагена и фермента коллагеназы в растворах при изменении различных внешних факторов (температура, рН, добавление активаторов/ингибиторов и др.) с помощью динамического рассеяния света для разработки методики контроля скорости биодеградации коллагена в условиях, приближенных к физиологическим. Выполнена работа по усовершенствованию измерительной аппаратуры для достижения заявленной точности: 0,5-1%. В измерительный тракт был введен интерфейс. Это позволило осуществить одновременную регистрацию колебаний давления и температурных колебаний. Были выполнены измерения а.т.к.д. жидкого цезия в температурном интервале 300 – 360 К. Для выполнения измерений в полном температурном диапазоне необходимо добиться одновременно. Выполнена работа по усовершенствованию измерительной аппаратуры для достижения заявленной точности: 0,5-1%. В измерительный тракт был введен интерфейс. Это позволило осуществить одновременную регистрацию колебаний давления и температурных колебаний. Были выполнены измерения а.т.к.д. жидкого цезия в температурном интервале 300 – 360 К. Для выполнения измерений в полном температурном диапазоне необходимо добиться одновременности регистрации не только переменных сигналов, но также сигнала с измерителя температуры отнесения (микровольтметр «Fluke»), что потребовало разработки дополнительного устройства, позволяющего осуществить развязку переменной и постоянной составляющих температурного сигнала, поступающего с основной термопары. Выполнение температурных измерений в температурном диапазоне от 300 до 700 К отложены до завершения наладки дополнительного устройства. С помощью аппроксимант Паде рассчитаны температурные зависимости характеристических частот в модели, отображающей пограничные кривые двойных жидких систем с расслаиванием. Показано, что характеристическая частота воды падает с ростом температуры в температурной области выше критической точки расслаивания (в системах с нижней критической. точкой расслаивания). Разработана методика определения толщины и показателя преломления поверхностного переходного слоя границы раздела жидкость-пар в предположении однородности слоя. Указанным методом обработаны имеющиеся в литературе соответствующие эллипсометрические измерения. Собрана установка для измерения эллиптичности света, отраженного от границы раздела жидкость-пар, с компенсатором на основе кристалла KDP. Такое устройство позволяет получать сигнал на постоянной составляющей, первой и второй гармониках модулирующего напряжения. Разработан новый численный метод определения хиральности водных конфигураций. Методом Монте-Карло и новым методом определения хиральности водных сред и их классификации впервые исследованы хиральные свойства малых водных кластеров (H 2 O) n , K + (H 2 O) m и Na + (H 2 O) m (n=4÷8, m=5÷10) при температуре 1 К. Установлена возрастающая зависимость вероятности всех исследованных водных кластеров быть хиральными при увеличении их размера. Выявлено, что малый водный кластер без примесей не имеет преобладания одного из направлений закрученности (правого или левого). Так же обнаружено, что добавление примесных ионов K + или Na + не изменяет равновесного распределения правых и левых конфигураций в 10000-ой выборке. Написана программа определения структуры конфигураций водных систем с точностью до ориентации атомов водорода у молекул H 2 O. Получен 1 патент на способ обработки жидкости, включающий сжатие обрабатываемой жидкости с последующим ее вытеснением через сопло и торможением образующейся на выходе из сопла высокоскоростной гидроструи о рабочую поверхность мишени, отличающийся тем, что рабочая поверхность мишени двигается навстречу гидроструе. Подготовлены к защите 3 кандидатские диссертации. Защищена 1 кандидатская работа.
7 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: Исследование методом корреляции фотонов изменений динамических параметров сывороточного альбумина при воздействии ионов железа ІІІ показало, что наблюдается незначительное увеличение гидродинамического радиуса рассеивающих частиц, находящихся в растворе при добавлении хлорида железа III (не более чем на 60 %). Обнаружено значительное увеличение массы рассеивающих частиц в растворах БСА при добавлении хлорида железа ІІІ, что может быть вызвано образованием тяжелых ионных комплексов в растворе хлорида железа ІІІ, образовавшихся в результате взаимодействия FeCl3 с водой. Наблюдается процесс частичной адсорбции тяжелых ионных комплексов на отрицательно заряженных молекулах БСА. Разработана и написана в среде Matlab программа быстрого анализа спектров комбинационного рассеяния углеродных материалов, позволяющая вычислять высоты пиков в спектрах, а также площади под ними. С ее помощью сопоставлены закономерности изменения структуры промышленно выпускаемых многостенных углеродных нанотрубок двух типов (Таунит и Деалтом) под действием различных окислителей. Исследованы процессы биодеградации МУНТ под действием смеси перекиси водорода с ионами железа (при концентрациях 20 мкM Fe2+ и 1 мM H2O2), а также при деградации под действием гипохлорита натрия (при концентрациях 1 мМ и 100 мМ. Исследованы влияние параметров внешней среды на свойства на порфиразинов и фталоцианинов в в водных растворах белковых макромолекул. Показано, что некоторые образцы удовлетворяют условиям, необходимым для организации пассивного транспорта ФС до патогенных тканей. В исследованиях бинарных растворов с расслаиванием обнаружено различное поведение растворов в ближней закритичесекой области температур в зависимости от полярности компонентов. Два неполярных компонента при температуре выше критической имеют линию полного смешения и линию критической адсорбции ( на границе раздела жидкость-пар образуется слой, обогащенный компонентом, имеющим более низкое значение коэффициента поверхностного натяжения). Бинарная смесь, содержащая два полярных компонента, имеет ,кроме того, линию, соответствующую смешанной фазе, но по концентрации отличающейся от фазы полного смешения при температуре выше критической. Усовершенствован измерительный тракт установки для изучения адиабатического термического коэффициента давления (а.т.к.д.), в результате чего достигнута возможность одновременной регистрации двух периодических сигналов (давления и температуры образца) и постоянного сигнала, соответствующего температуре отнесения. Модифицирована компьютерная программа обработки синхронных сигналов. Проведены контрольные измерения а.т.к.д. цезия в температурном интервале 300-400 К. Случайная погрешность полученных результатов определения а.т.к.д. составила 0,5-1,5%. Продолжен анализ параметров модели, описывающей пограничную кривую двойных расслаивающихся жидких смесей. Для этого был применен математический аппарат аппроксимант Паде , а также метод минимизации функционала, построенного по данным для пограничной кривой. Получены согласующиеся результаты в расчетах температурной зависимости характеристической частоты галлия в системах галлий - висмут и галлий –свинец. Результаты численного моделирования кластеров Na+(H2O)8 и K+(H2O)8 методом Монте-Карло при 300 К и внешнем электрическом поле с напряженностью 112,21 В/м с помощью атом-атомных потенциалов Полтева-Маленкова позволили выявить водные кластеры с симметрией силового поля по отношению к одной из молекул H2O в 10000 выборке (55 для кластера Na+(H2O)8, 35 для кластера K+(H2O)8). Полученные водные кластеры систематизированы по соотношению сил, действующих на центральную молекулу по отношению к силе со стороны внешнего электрического поля с напряженностью 112,21 В/м: 1) для кластера Na+(H2O)8 - от 1 до 2 - 41,8%; от 2 до 3 - 20,0%; от 3 до 4 - 9,1%; от 4 до 5 - 7,3%; от 5 до 6 - 5,5%; от 6 до 7 - 3,6%; от 7 до 8 - 1,8%; от 8 до 9 - 3,6%; от 10 до 14 - 7,3%; 2) для кластера K+(H2O)8 - от 1 до 2 - 67,1%; от 2 до 3 - 11,0%; от 3 до 4 - 7,4%; от 4 до 5 - 5,2%; от 5 до 6 - 3,1%; от 6 до 7 - 2,7%; от 7 до 8 - 1,3%; от 8 до 9 - 1,1%; от 10 до 14 - 1,1%. Проведено исследование области быстрого изменения температуры в процессе кристаллизации переохлажденной воды объемом от 25 до 3 мл. Достоверно выявлены временные области быстрого изменения температуры (до 9,3 градусов Цельсия в минуту) при начале фазового перехода жидкость-лед. Установлено, что равномерность скорости изменения температуры зависит от объема замораживаемой воды. В водных кластерах в присутствии ионов K+ и Na+, а также без них при температурах 1 и 300 К при количестве молекул воды более 8 проявляется такой же эффект наследования типа структуры наиболее часто реализуемых малых водных кластеров, как и при количестве молекул воды до 8. Особенность в такое наследование типа структуры вносят конфигурации, в которых присутствует спиралевидный элемент (скрутка) из молекул воды.
8 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: Написание программы по выявлению циклов в водных системах и проведение исследования различных структурных вариаций циклов в водных оболочках L-, D-валина или L-, D-глицеротриозы: Написана программа по выявлению циклов в водных системах. Получены распределения циклов в водных оболочках L-, D-валина или L-, D-глицеротриозы при толщинах водного слоя вокруг каждой молекулы 4, 6, 8, 10, 12, 14 Å. Проведение структурного анализа водных кластеров в присутствии ионов K+ и Na+, а также без них, обладающих симметрией силового поля по отношению к одной из молекул H2O: В результате численного моделирования кластеров Na+(H2O)8 и K+(H2O)8 методом Монте-Карло при 300 К и внешнем электрическом поле с напряженностью 237,79 В/м с помощью атом-атомных потенциалов Полтева-Маленкова выявлены водные кластеры с симметрией силового поля по отношению к одной из молекул H2O в 10000 выборке (141 для кластера Na+(H2O)8, 78 для кластера K+(H2O)8). Продолжение исследования эффекта наследования структурных свойств наиболее часто реализуемых малых водных кластеров (с количеством молекул воды более 8) в присутствии ионов K+ и Na+, а также без них при температурах 1 и 300 К: Исследованы водные кластеры (H2O)n, где n=14-20. В них проявляется такой же эффект наследования типа структуры наиболее часто реализуемых малых водных кластеров, как и при количестве молекул воды до 8. Продолжение исследования влияния железосодержащих препаратов на различные белковые структуры (основные белки сыворотки крови и гемоглобин: Получено, что наличие в растворе гемоглобина ионов калия (соли KCl) приводит к увеличению массы рассеивающих частиц в 3-4 раза, что может свидетельствовать об образовании дипольных структур – кластеров. Также обнаружено, что при увеличении температуры радиус белка гемоглобина уменьшается вдвое, что согласуется с литературными данными. Распад молекулы гемоглобина наблюдается как в чистом растворе белка, так и в растворе белка с солью. Обнаружено, что увеличение температуры также приводит к увеличению интенсивности рассеянного света в обоих растворах. Исследование процессов биодеградации коллагена под воздействием коллагеназы в присутствии активаторов и ингибиторов: Обнаружено, что ингибитор коллагеназы хлорид магния слабо влияет на скорость коллагенолиза. Параллельно исследовалось влияние дубителя коллагена ацетата хрома. При добавлении ацетата хрома гидродинамический радиус коллагена увеличивается. Это связано с тем, что образуются коллагеновые сшивки, и коллаген становится более прочным. Гидродинамический радиус коллагеназы при добавлении ацетата хрома не изменяется. Значит хром и коллагеназа не взаимодействуют. Процесс коллагенолиза замедляется по сравнению с обычной системой коллаген+коллагеназа. Исследование влияния порфиразинов и фталоцианинов на свойства белковых макромолекул в водных растворах для разработки новых фотосенсибилизаторов для фото-динамической терапии онкологических заболеваний. Исследовалось явление критической адсорбции, которое проявляется в двойных жидких системах в том, что находящаяся в сверхкритическом состоянии система накапливает на границе жидкость –пар один из компонентов. Некоторое время назад нами была обнаружена критическая адсорбция в бинарной жидкой системе перфтордекалин-гептан с помощью специального оптического устройства. В литературе этот эффект объясняется концентрацией молекул перфтордекалина (ПФД)на границе раздела жидкость-пар при Т большей или равной Тсм, когда жидкость представляет собой раствор смешавшихся компонент системы. Процесс происходит из-за стремления системы к минимуму свободной энергии. Концентрация молекул ПФД на границе раздела фаз значительно уменьшает поверхностное натяжение системы. Теорией предполагаются и другие ме6ханизмы образования слоя критической адсорбции. Мы воспользовались экспериментальной установкой и провели измерения в системе изомасляная кислота-вода (ИМК-В). Оказалось, что критическая адсорбция имеет место и в этой системе в температурном интервале Т большей или равной Тсм . В прошлом году была проведена модернизация установки для измерения адиабатического термического коэффициента давления (а.т.к.д) легкокипящих жидких металлов. В текущем году на этой установке были выполнены измерения термодинамической производной (dT/dp)S жидкого цезия в температурном интервале 320-620К. Эта величина пропорциональна коэффициенту теплового расширения исследуемого материала. Проведено 8 серий измерений в перекрывающихся температурных интервалах. Результаты измерения (dT/dp)S показывают хорошую воспроизводимость. Случайная погрешность измерений варьируется от 0,3% (минимальная) до 1% (максимальная). На температурном участке от 320 до 550К полученная температурная зависимость практически линейная. Начиная о 550 до 580 К наблюдается плавное отклонение от линейной зависимости в сторону увеличения измеряемой величины. В области 580-620 К наблюдается выход на линейную зависимость с наклоном, совпадающим с тем, который наблюдался в низкотемпературной области. Сдвиг между различающимися температурными зависимостями составил 5% от абсолютных значений измеряемой величины. Полученный результат свидетельствует о заметном изменении коэффициента теплового расширения жидкого цезия при температуре выше 550 К. В текущем 2018 –м году появилась публикация, в которой авторы с помощью метода молекулярной динамики исследовали термодинамические свойства жидкого цезия с целью обнаружить признаки фазового перехода. Полученные результаты не показали признаков фазового перехода, как утверждают авторы. Тем не менее ими обнаружена аномалия на температурной зависимости (dT/dp)S в виде небольших пиков при температурах 620 и 690 К. При этом отмечают, что усиление процедуры усреднения не позволила устранить пик (как шум) из полученных результатов. Авторы заключают, что явление следует продолжить изучать. В текущем году была продолжена работа по анализу модели, основанной на аналогии между двойной жидкой системой с расслаиванием и системой связанных автоколебательных систем. Согласно этой модели, введенные в ней характеристические частоты описывают свойства чистых компонентов. Из этого следует, что температурная зависимость частоты какого-либо компонента должна быть одинаковой для любых жидких смесей, в которых этот компонент присутствует, в перекрывающихся температурных диапазонах. Для проверки этого вывода освоен математический аппарат многоточечных аппроксимаций Паде. Получены предварительные результаты.
9 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: Впервые Методом ДРС выявлены некоторые особенности коллагенолиза: уменьшение скорости биодеградации молекул коллагена в 1,5 раза в буферных растворах коллагена и коллагеназы при добавлении в них ЭДТА - ингибитора коллагеназы; увеличение скорости биодеградации молекул коллагена в 1,5 раза в буферных растворах коллагена и коллагеназы при добавлении в них хлорида цинка - активатора коллагеназы. Как известно, хром является дубителем коллагена. Впервые методом ДРС обнаружено, что при добавлении соли хрома эффективный размер молекул коллагена увеличивается, что обусловлено образованием сшивок фибрилл. Установлено, что ионы хрома являются ингибиторами коллагенолиза. С течением времени наблюдается уменьшение радиуса рассеивающих частиц в растворе, что обусловлено расщеплением белковых фибрилл. При добавлении ионов хрома скорость уменьшения размеров коллагена незначительно падает. При этом замедление коллагенолиза связано с дублением данного белка солями хрома. На фермент же ионы не оказывают никакого влияния. Обнаружено, что заранее хромированный коллаген более устойчив к воздействию коллагеназы, однако добавление хлорида кальция (активатора коллагеназы) ускоряет расщепление коллагена. Мааксимальная активность ионов кальция наблюдается 30 минут от начала воздействия. Результаты экспериментов по динамическому рассеянию света в водных растворах фотосенсибилизаторов имеют большое значение для понимания механизмов молекулярных процессов, происходящих в таких растворах. Метод ДРС позволяет достаточно точно определять гидродинамический радиус молекул ФС в жидкой (естественной) фазе. А это особенно важно для разработки новых потенциальных лекарственных форм, используемых для пассивной доставки препарата в опухолевую ткань. По результатам этапа определены средние гидродинамические радиусы наночастиц в зависимости от мольного отношения вещество-ПВП, установлено отсутствие влияния лазерного излучения (λ = 647 нм) на исследуемые наночастицы как при кратковременном, так и при длительном воздействии, исследовалась устойчивость образцов во времени. Выявлена тенденция к увеличению среднего размера наночастиц ФС-ПВП с ростом концентрации ПВП. Таким образом, при подборе соотношения ФС/ПВП возможно создание ФС с заданными размерами частиц, что позволит повысить селективность их накопления в определенных типах опухолей. Полученные результаты подтверждают перспективы данных образцов для дальнейших исследований и разработки на их основе качественного отечественного фотосенсибилизатора. Агрегация или так называемая самосборка пептидов и белков напрямую связана с их биологическими функциями. При агрегации белки переходят от растворимых, нативных форм в нерастворимые насыщенные бета-листами амилоидные агрегаты. ИК спектры трех биологически значимых ароматических пептидов были изучены для а) исследования их способности формировать бета-структуры, которые связаны с агрегацией белков и фибрилообразованием; б) поиска в ИК спектре характерных особенностей для агрегатов; в) влияние внутримолекулярных и межмолекулярных взаимодействий на агрегацию; г) исследования роли ароматических пи-пи взаимодействий в агрегации; д) сравнения агрегации в газовой фазе с аналогичным процессом в растворе. Исследуемые дипептиды FF (два фенилаланина), FY (фенилаланин и тирозин) и трипептид FFY (два фенилаланина и тирозин) являются фрагментами гормона инсулина. Обнаружено: мономер FF представляет собой линейную структуру, которая открыта благодаря пи-пи взаимодействующим ароматическим кольцам. Мономер FY теряет молекулу H2О и становится циклическим соединением. Пептидная цепочка мономера FFY оказывается повернута благодаря NH-пи связям. Кроме того, ароматические взаимодействиям между крайними ароматическими боковыми группами блокируют пептидную цепочку, что препятствует агрегации. Данный вывод подтверждается результатами, полученными на просвечивающем электронном микроскопе. Способен к агрегации только дипептид FF. Агрегация FF также подтверждается результатами экспериментов по динамическому рассеянию света. Размер кластеров FF при температуре 20 C составляет порядка 150 нм. При нагревании размер кластеров уменьшается, а затем после охлаждения возвращается к первоначальному значению. Димеры пептида FF формируются в виде антипараллельной бета-ориентации. При этом структура мономера частично сохраняется в процессе димеризации. Ароматические взаимодействия не оказывают существенного влияния на структуру димера. Подводя итог, можно предположить, что при увеличении количества ароматических аминокислот, идущих подряд, роль их взаимодействий усиливается. При отсутствии сильных внутримолекулярных взаимодействий в мономере его структура обычно сохраняется в процессе димеризации. Продолжение исследования влияния железосодержащих препаратов на различные белковые структуры (основные белки сыворотки крови и гемоглобин): Методами динамического и статического рассеяния света были исследованы оптические свойства молекул белка гемоглобина при изменении внешнего параметра – температуры, а также при добавлении в раствор белка ионов калия. Получено, что наличие в растворе гемоглобина ионов калия (соли KCl) приводит к увеличению массы рассеивающих частиц в 3-4 раза, что может свидетельствовать об образовании дипольных структур – кластеров. При увеличении температуры радиус белка гемоглобина уменьшается вдвое, что согласуется с литературными данными. Распад молекулы гемоглобина наблюдается как в чистом растворе белка, так и в растворе белка с солью. Обнаружено, что увеличение температуры также приводит к увеличению интенсивности рассеянного света в обоих растворах. Продолжена работа по изучению аномалий на температурных зависимостях термодинамических параметров тяжелых щелочных металлов. В прошлом, 2018 году были выполнены измерения термодинамической производной (dT/dp)S жидкого цезия в температурном интервале 320-620К. Эта величина пропорциональна коэффициенту теплового расширения исследуемого материала.. Случайная погрешность измерений варьируется от 0,3% (минимальная) до 1% (максимальная). В интервале температур 550-580 К обнаружен заметный рост производной (dT/dp)S. Сдвиг составил 5% от абсолютных значений измеряемой величины. Полученный результат свидетельствует о заметном изменении коэффициента теплового расширения жидкого цезия при температуре выше 550 К. В 2018 –м году появилась публикация, в которой авторы с помощью метода молекулярной динамики исследовали термодинамические свойства жидкого цезия с целью обнаружить признаки фазового перехода. Полученные результаты не показали признаков фазового перехода, как утверждают авторы. Тем не менее ими обнаружена аномалия на температурной зависимости (dT/dp)S в виде небольших пиков при температурах 620 и 690 К. При этом отмечают, что усиление процедуры усреднения не позволила устранить пик (как шум) из полученных результатов. Авторы заключают, что явление следует продолжить изучать. В плане продолжения исследования аномалий, замеченных в свойствах щелочных металлов, в 2019 году была проведена работа по подготовке экспериментов по изучению температурной зависимости (dT/dp)S жидкого рубидия, поскольку в экспериментах по рассеянию нейтронов были обнаружены признаки аномального изменения микроструктуры рубидия вблизи 600 К. Температура плавления рубидия выше температуры плавления цезия на 14 градусов. Это обстоятельство потребовало внесения изменений в той части установки, которая обеспечивала мягкий режим расплавления металла на протяжении довольно длинной трассы от измерительной ячейки до сильфона. На реконструкцию установки ушло довольно много времени, вследствие чего основные измерения на рубидии пришлось перенести на следующий 2020-й год. В текущем году была продолжена работа по анализу модели, основанной на аналогии между двойной жидкой смесью с расслаиванием и системой двух связанных автоколебательных систем. Согласно этой модели, введенные в ней характеристические частоты, описывают свойства чистых компонентов. Из этого следует, что температурная зависимость частоты какого-либо компонента должна быть одинаковой для любых жидких смесей, в которых этот компонент присутствует, в перекрывающихся температурных диапазонах. Для проверки этого вывода освоен математический аппарат многоточечных аппроксимаций Паде. Результаты, полученные при анализе четырёх двойных смесей, в каждой из которых присутствовала вода в качестве одного из компонентов, подтвердили ожидание того, что температурная зависимость характеристической частоты этого компонента имеет одинаковый характер во всех четырёх системах. Полученный результат отвечает требованию, вытекающему из модели. Написана первая версия программы "TURNSTRUCT" на языке Fortran по расчету методом молекулярной динамики водных систем для вычисления их кода с учетом эффекта хиральности на основе программного кода программы "TURN" заведующего лабораторией математического моделирования физико-химических процессов института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН профессора доктора химических наук Маленкова Георгия Георгиевича по расчету методом молекулярной динамики водных систем. В программе оптимизированы требования к оперативной памяти в зависимости от размеров водной системы. В результате, размер анализируемого водного кластера доведен до 10 тысяч молекул воды. При исследовании влиянии поверхности (например, стенок кюветы) на фазовые перехо-ды обнаруживается аномальный рост адсорбции одного из компонентов смеси на стенках кюветы в окрестности Tc (это явление называется критической адсорбцией). Объяснения. В условиях преимущественного взаимодействия одного из компонентов би-нарной системы со стенкой происходит изменение состава смеси от поверхности стенки на расстояниях, сравнимых с радиусом корреляции флуктуации вблизи Tc в смачиваю-щем слое. Реально толщина слоя и ПП (показатель преломления) измеряются. Было уста-новлено, что по значениям ПП можно видеть различия в поведении параметров смачива-ющего слоя (т.е. различное критическое поведение критической адсорбции). В системах, состоящих из 1) двух неполярных веществ Р1=0, Р2=0, Pi – дипольный момент вещества.2) Р1=0, Р2 ≠ 0, 3) Р1≠ 0, Р2≠ 0, Р1≠ Р2. Из измерений следует, что в случаях 1) и 2) критиче-ская адсорбция состоит из одного слоя. В случае 3) критическая адсорбция двухслойная.
10 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: Впервые методом ДРС выявлены некоторые особенности коллагенолиза. Исследованы временные зависимости коэффициентов трансляционной диффузии и гидродинамического радиуса (несколько серий экспериментов) для следующих растворов: коллаген + коллагеназа + MgCl2 + CaCl2, коллаген + коллагеназа + ЭДТА + CaCl2, коллаген + коллагеназа + CrCl3 + CaCl2. Выявлено, что процесс биодеградации белка коллагена замедляется при наличии ЭДТА, однако, после добавления активатора хлорида кальция, скорость расщепления молекул увеличивается, что указывает на восстановление активности фермента коллагеназы. Процесс биодеградации белка коллагена замедляется при наличии MgCl2, однако, после добавления активатора хлорида кальция, скорость расщепления молекул увеличивается, но менее значительно, что указывает на недостаточное восстановление активности фермента коллагеназы. Заранее хромированный коллаген более устойчив к воздействию фермента коллагеназы, однако добавление активатора CaCl2 все равно ускоряет расщепление молекул коллагена. Максимальная активность ионов Ca2+ наблюдается в течение первых 30 мин. Исследование угловых зависимостей интенсивности рассеянного света позволяет получать информацию о массе, структуре и подвижности функциональных групп биомолекул. Исследование функций рассеяния позволило определить массу белковых молекул в водном растворе. С помощью метода асимметрии и метода Зимма получены значения таких параметров молекул гемоглобина как: коэффициента асимметрии Z, фактор внутримолекулярной интерференции P, относительные размеры D/ƛ, средняя масса M, радиус инерции при различных концентрациях белка в растворе. Анализ данных величин позволяет сделать вывод о том, что при переходе концентраций от более низких к высоким, форма белка гемоглобина переходит от клубка к палочке. Вероятно, четверичная структура белка меняется. Спектроскопия комбинационного рассеяния света (КР) является одним из наиболее информативных методов исследования конформации белков. В растворах с наименьшей концентрацией белка были получены более высокие значения интенсивности КР (примерно в 3-4 раза), чем в спектре сухого гемоглобина и растворов с большей концентрацией, что хорошо согласуется с литературными данными. Это может быть связано с ослаблением аминокислотными остатками водородных связей. В каждом спектре (и растворов белка, и белка с FeCl3) наблюдаются характерные пики, соответствующие частотам колебаний в молекулах гемоглобина и дезоксигемоглобина. Обнаружено, что при добавлении в раствор белка соли, интенсивность уменьшается примерно в 1.5 раза. При добавлении в раствор соли, пики интенсивности несколько сглаживаются и смещаются по оси частот, что, вероятно, связано с изменением конформации белка. Результаты экспериментов по динамическому рассеянию света в водных растворах фотосенсибилизаторов имеют большое значение для понимания механизмов молекулярных процессов, происходящих в таких растворах. Метод ДРС позволяет достаточно точно определять гидродинамический радиус молекул ФС в жидкой (естественной) фазе. А метод СРС и построение функций рассеяния позволяет определять размер, форму и массу рассеивающих частиц. Это особенно важно для разработки новых потенциальных лекарственных форм, используемых для пассивной доставки препарата в опухолевую ткань. По результатам этапа определены в результате серии экспериментов были получены данные о распределении интенсивности рассеянного света от угла для изучаемых фотосенсибилизаторов в двух концентрациях. В результате показана стабильность потенциальных формакоформ. Видно, что с ростом концентрации максимальная интенсивность рассеяния увеличивается, происходит удлинение формы индикатрисы вдоль оси излучения. В полидисперсных растворах наблюдается появление дополнительных лепестков у индикатрисы. В растворах, содержащие крупные частицы наблюдаются большие величины интенсивностей. Индикатрисы имеют ярко выраженные дополнительные лепестки — наблюдается эффект Ми. Определены условия образования адсорбционного слоя на границе пар-жидкость двухкомпонентной системы вблизи критической точки расслаивания. Проанализировано влияние полярных компонентов. Проведена подготовка экспериментальной установки к проведению измерений адиабатического термического коэффициента давления рубидия в широком температурном интервале. Подготовка включала в себя настройку регистрирующей части установки до возможности обеспечения измерений на ней с погрешностью 0,5-1%. Вся настройка осуществлялась с использованием цезия в качестве образца. Измерения выполнял студент - дипломник. Процесс настройки несколько затянулся, поскольку были сомнения относительно правильной работы усилителя сигнала с регистратора давления. Когда начались ограничения в работе из-за наступления пандемии, пришлось изменить план работы. Студенту было предложено продолжить измерения на цезии, а измерения на рубидия пришлось отсрочить на неопределённое время. Дипломником был выполнен весь набор измерений от комнатной температуры до температуры нормального кипения цезия. Измерения производились сериями протяжённостью 60-80 градусов с перекрытием для проверки воспроизводимости. Выполненные измерения оказались в хорошем согласии с измерениями, выполненными годом раньше аспирантом. Это было очень важно с той точки зрения, что использовалась нестандартная методика, разработанная на кафедре. Методика, претендующая после модернизации на то, что случайная погрешность в определении термодинамических коэффициентов не должна превышать 0,5-1%. И это было достигнуто и подтверждено дополнительными измерениями. На кафедре был ранее разработан и осуществлён метод прямого определения коэффициента теплового расширения (к.т.р.) жидкостей путём компенсации температурных откликов образца, вызванных двойной модуляцией. Один вид модуляции представлял собой периодическое изменение мощности электрического тока, пропускаемого через образец. Метод разработан в двух вариантах. Один вариант предназначен для измерений к.т.р. жидких металлов, т. е. проводящих образцов. Второй вариант рассчитан на работу с диэлектрическими жидкостями (органические растворители и пр.) в сочетании с вспомогательным проводящим твердым образцом в виде графитового стержня. Модернизацию метода с целью увеличения точности измерений целесообразно было начать именно со второго варианта, поскольку для улучшения метода в первом варианте требуется существенная модернизация конструкции измерительной ячейки. Для увеличения точности измерений и помехоустойчивости регистраторов малых сигналов было решено заменить использовавшуюся ранее амплитудную модуляцию на двухплечевую широтно-импульсную модуляцию электрического тока. Создан преобразователь, который превращает синусоидальный сигнал, получаемый с генератора стандартных сигналов, в прямоугольные сигналы с фиксированной амплитудой и длительностью, изменяемой по синусоидальному закону. Узел установки, ответственный за создание синусоидальных колебаний температуры вспомогательного образца, полностью отрегулирован. Получены первые результаты по измерению теплоёмкости графитового стержня. Результаты согласуются с литературными данными. Этот промежуточный результат необходим для реализации полной схемы работы компенсационного метода с применением двойной модуляции. Доработана программа "TURNSTRUCT". Разработана методика моделирования эффекта памяти воды с помощью программы "TURNSTRUCT".
11 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: 1) С помощью метода динамического рассеяния света было исследовано влияние солей трехвалентного хрома (CrCl3, Cr(NO3)3 , Cr(CH3COO)3 ) на процесс деградации коллагена под воздействием коллагеназы с буферных растворах. Исходя из полученных временных зависимостей для коэффициента трансляционной диффузии Dt и гидродинамического Rh молекул коллагена следует, что хромирование молекул белка происходит в течение первых 10 минут при ионной силе раствора µ = 10-3 моль/л. Получено, что значительных различий в скорости расщепления коллагена, хромированного различными солями хрома Cr3+ (CrCl3 , Cr(NO3)3 , Cr(CH3COO)3) не обнаружено, что свидетельствует о схожем механизме воздействия на молекулы белка данных соединений. Добавление активатора коллагеназы ионов Ca2+ в растворы способствует частичному восстановлению скорости реакции. Получено, что добавление MgCl2 в растворы коллагена и коллагеназы приводит к снижению активности фермента и замедляет скорость биодеградации коллагена в 2 раза по сравнению с чистыми растворами. Выявлено, что при одновременном добавлении ионов Mg2+ и Ca2+ в растворы коллагена и коллагеназы, скорость расщепления белка увеличивается в 1,5 раза по сравнению с чистыми растворами. Следовательно ионы Ca2+ частично восстанавливают активность фермента в растворах, содержащих ионы Mg2+. С помощью метода флуоресцентной спектроскопии получено, что суммарная интегральная интенсивность уменьшается значительнее в растворах коллагена и коллагеназы, содержащих активатор хлорид кальция по сравнению с чистым раствором белка и фермента (через 60 мин интенсивность падает на 64 отн.ед и 40 отн.ед., соответственно). 2) Результаты экспериментов по динамическому рассеянию света в водных растворах фотосенсибилизаторов имеют большое значение для понимания механизмов молекулярных процессов, происходящих в таких растворах. За отчетный период исследованы 6 новых образцов: PT 4 PVP, PT 6 PVP, S_27, S_27_Na, Pt_Peg, S_27_Na PVP, в том числе образцы стабилизированные поливинилпирролидоном (PVP) и полиэтиленгликолем (Peg). По результатам исследований методом динамического рассеяния света (ДРС) был обнаружен и подтвержден устойчивый эффект увеличения среднего гидродинамического радиуса наночастиц ФС-ПВП при росте соотношения концентрации ПВП (поливинилпирролидона) к веществу фотосенсибилизатора. Таким образом, при подборе соотношения ФС/ПВП возможно создание ФС с заданными размерами наночастиц, что позволит повысить селективность их накопления в определенных типах опухолевых тканях при использовании метода фотодинамической терапии. Получены данные о распределении интенсивности лазерного излучения от угла для мицеллярных водных растворов PC-Zn, PT-1, PT-4-PG, PT-6, PT-10, YK-2, YK-3 — потенциальных фотосенсибилизаторов третьего поколения. Измерения индикатрисы показывают стабильность ее формы. Показана стабильность изучаемых веществ с течением времени при хранении порядка нескольких месяцев и воздействии на них лазерным излучением - эти два пункта обеспечивают минимальные рабочие условия для использования веществ на практике, а именно они учитывают время от синтеза вещества до его введения в организм больного, а также облучение высокогерентным источником. 3) Исследованы водные растворы гемоглобина. Показано, что при значениях pH˂(3.56±0.15) и pH˃(10,4±0,2) молекула гемоглобина претерпевает конформационные изменения, в результате которых происходит распад четвертичной структуры на αβ–димеры и отдельные α- и β-глобулы. Добавление FeCl3 в водные растворы гемоглобина увеличивает размеры и массу частиц, что можно объяснить адсорбцией ионов Fe3+ на поверхности белка. Но при достижении определенной концентрации FeCl3 pH раствора понижается настолько, что происходят конформационные изменения гемоглобина, которые приводят к распаду его четвертичной структуры. Добавление в раствор ионов калия (раствор хлорида калия) показало, что масса рассеивающих частиц в растворе при малой ионной силе становится меньше, чем молекулярная масса белка, примерно, в три раза. Это может объясняться изменением зарядов на поверхности белка, а это, в свою очередь, может вызвать разрушение четвертичной структуры гемоглобина с уменьшением средней массы рассеивающих частиц. При увеличении концентрации ионов, масса частиц растет и достигает в, среднем, величины равной половине молекулярной массы молекулы гемоглобина. 4) Агрегация или так называемая самосборка пептидов и белков напрямую связана с их фиологическими функциями. Впервые методом ДРС исследованы водные растворы дипептида FF. Установлено, что размер кластеров FF при температуре 20° C составляет порядка 150-600 нм. Получены индикатрисы рассеяния. Их сложная форма указывает на то, что в растворах присутствуют как малые частицы, так и крупные (размер ~λ/3). При это преобладают именно малые частицы. Коэффициент трансляционной диффузии и гидродинамический радиус малых частиц (мономеры FF) для разбавленных растворов в пределах погрешности не зависят от кислотности среды, что говорит об устойчивости данных мономеров. Таким образом, можно сделать вывод, что в водном растворе дипептид FF способен образовать крупные частицы - амилоидные фибриллы. Исследование дипептида FF может пролить свет на причины возникновения и способы лечения нейродегеративных заболеваний. 5) Впервые получены структурные характеристики полипротеина gag в буферном растворе методом малоуглового рентгеновского рассеяния при различных концентрациях и pH. Показана полноразмерная структура этого белка в растворе, на основании чего был сделан вывод, что в условиях, близким к физиологическим при низких концентрациях gag является мономером, а при увеличении концентрации начинают образовываться димеры. Было определено, что процесс димеризации начинается с капсидного домена. А также, в связи с тем, что зависимости от pH не было обнаружено, вероятно, белковые оболочки вируса не смогут доставить геном в клетку хозяина через эндосомы, а это в свою очередь значит, что эндоцитарный путь проникновения вируса в клетку вызывает сомнения. Полученные данные необходимы для полного понимания жизненно важных процессов в цикле репликации вируса. Новые структурные знания о главном регуляторе сборке ВИЧ-1 будут способствовать созданию ингибиторов нового поколения, а также помогут решить важнейшие проблемы развития противовирусной терапии с использованием gag белков.6) Продолжена работа по модернизации установки для измерения коэффициента теплового расширения (к.т.р.) жидкостей компенсационным методом. Разрабатывается вариант метода, который предназначен для изучения к.т.р. непроводящих жидкостей. В этом варианте, кроме основного образца, представляющего собой ячейку с диэлектрической жидкостью, предусматривается присутствие вспомогательного образца в виде графитового стержня. Суть компенсационного метода заключается в том, что основной образец (диэлектрическая жидкость) подвергается периодическому воздействию давления, в то время как через вспомогательный образец пропускается электрический ток, мощность которого изменяется периодически по тому же закону, по которому изменяется давление (желателен гармонический закон). После отладки части установки, связанной с формированием температурного отклика во вспомогательном образце, было выполнено подключение другого узла установки, посредством которого осуществляется воздействие переменного давления на основной исследуемый образец. Выполнена отладка аппаратуры, регистрирующей колебания давления и ответный температурный отклик образца. Выявлены оптимальные параметры чувствительности, при которых нановольтметр обеспечивает линейную зависимость температурного отклика вспомогательного образца от мощности электрического тока и температурного отклика основного образца от амплитуды колебаний давления. Модернизирован измерительный тракт установки. Увеличено до трех количество измерительных каналов, позволяющих проводит фурье-анализ сигнала в реальном времени (программная среда LabView). Создана также возможность одновременного сохранения обработанных данных на диск в реальном времени. Измеряемые сигналы: 1. Сигнал, пропорциональный мощности эл. тока. 2. Сигнал с датчика давления. 3. Температурный отклик от воздействий давления и электрического тока. Было осуществлено испытание установки в режиме суррогатной компенсации, т.е. в режиме, когда определяются отдельно амплитуда колебаний давления и амплитуда колебаний мощности электрического тока, при которых достигается равенство температурных откликов основного и вспомогательного образцов.
12 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: 1. С помощью метода динамического рассеяния света обнаружено резкое увеличение коэффициента трансляционной диффузии и уменьшение гидродинамического радиуса в растворах с высокими концентрациями коллагена I типа и солями трехвалентного хрома (CrCl3 , Cr(NO3)3 , Cr(CH3COO)3), что указывает на агрегацию молекул белка в растворах (процесс образования межмолекулярных сшивок). В то же время, результаты АСМ показали, что при низких концентрациях белка и ионов трехвалентного хрома происходит механическое "смягчение"; отдельных молекул тропоколлагена и уменьшение персистентной длины вследствие внутримолекулярных взаимодействия с ионами хрома. Таким образом, получено, что существуют два конкурирующих процесса при дублении молекул коллагена солями хрома: внутримолекулярное и межмолекулярное образование сшивок при взаимодействии с ионами хрома, последний обычно более заметен при исследовании методами светорассеяния. 2. Важным направлением развития ФДТ является поиск новых фотосенсибилизаторов с улучшенными полезными свойствами. Одним из таких перспективных направлений является изучение фотосенсибилизаторов 1,4-диазепинопорфиразинатов (PT5, PT6, PT-4). Поскольку мицеллярные формы PT5, PT6 на основе поливинилпирролидона (ПВП) показали более высокую устойчивость в растворах по результатам измерений методом ДРС, была исследована зависимость гидродинамического радиуса мицелл от концентрации композита ФС-ПВП в водном растворе и взаимодействие с бычьим сывороточным альбумином (БСА). По результатам проведенных исследований было определено, что чистый раствор PT-4 ПВП является многокомпонентным и содержит как мелкие частицы порядка 50 нм, так и более крупные до 450 нм., что указывает на склонность образца к коагуляции в растворе. Флуоресцентный анализ свойств мицеллярных форм PT5, PT6 в бычьей сыворотке выявил различие кинетики дезагрегации комплексов. Мицеллярная форма PT5 более эффективно взаимодействует с сывороткой, что хорошо согласуется с менее стабильными наночастицами композита PT5-ПВП в водном растворе. Сочетание динамического светорассеяния и исследований взаимодействия с бычьей сывороткой является достаточно хорошим методом изучения размерности мицелл в соответствии с критериями EPR-эффекта и их стабильности в условиях, близких к току крови, что важно для дальнейших in vivo исследований. 3. Определена трёхмерная структуры группоспецифического антигена (Gag) вируса иммунодефицита человека (HIV-1) в растворе методом малоуглового рентгеновского рассеяния: были определены структурные параметры полипротеина Gag при концентрации 2 мг/мл и pH=6.8 и 7.4; по колоколообразному виду графика Кратки можно сделать вывод, что данный белок является структурированным, и что отдельные домены являются компактными глобулярными белками; Получены трёхмерные структуры Gag для концентрации 2 мг/мл и pH=6.8 и 7.4. Для концентрации 4 и 8 были сделаны предположения, что полипротеин Gag является димером. Из полученных результатов можно сделать вывод, что при низкой концентрации в растворе полипротеин Gag является мономером, это подтверждают структурные параметры, вычисленные по данным малоуглового рассеяния, а также полученные различными методами моделирования структуры, которые согласуются друг с другом. Зависимости от pH при низких концентрациях не наблюдается, в обоих случаях Gag является мономером со схожими структурными параметрами. По полученным радиусам инерции можно точно сказать, что Gag зависит от концентрации в растворе. Остаётся понять, действительно ли в области высоких концентраций полипротеин Gag становится димером. Определить возможные причины его димеризации, а также понять, какой из его составных доменов запускает этот процесс. 4. Собрана установка для прямых измерений коэффициента теплового расширения непроводящих жидкостей. Установка позволяет также выполнять измерения адиабатического термического коэффициента давления на тех же жидких непроводящих образцах. Применяемый новый метод измерения КТР основан на компенсации температурных откликов образцов на воздействие переменным электрическим током (на вспомогательный образец), а также переменным давлением ( на основной жидкий образец). Особенностью установки является то, что она включает в себя вспомогательный образец в виде графитового стержня. Достаточно полно изучена амплитудно-фазовая характеристика компенсационной системы. Проведено испытание установки с целью получения данных о температурной зависимости КТР тяжелой воды в интервале температур от 45 0 С до 12 0 С. Температурная зависимость КТР демонстрирует резкое уменьшение КТР при приближении к точке максимальной плотности тяжелой воды (11,6 0 С). Из результатов следует, что есть необходимость в сокращении случайной погрешности. Дело в том, что используемый генератор периодической составляющей давления содержит помимо основного тона гармонические составляющие , амплитуды которых сравнимы с амплитудой основного тона. Программная среда LabView позволяет освобождаться от гармоник, но их наличие на входе анализатора приводит к флуктуациям на основной частоте, следовательно, к увеличению случайной погрешности. Поэтому в дальнейшем генератор переменного давления будет заменен на другой генератор, у которого амплитуды гармонических составляющих на порядок меньше. Продолжены работы по изучению свойств теоретической модели, описывающей линию сосуществования расслаивающейся двойной жидкой смеси на основе математических соотношений, заимствованных из теории связанных автоколебательных систем. Изучается роль коэффициентов связи.
13 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа: 3.1. По исследованию процесса биодеградации молекул коллагеном I типа под воздействием фермента коллагеназы с помощью динамического рассеяния света и атомно-силовой микроскопии, получено: • Добавление трехвалентных солей хрома Cr3+ (хлорид хрома CrCl3, нитрат хрома Cr(NO3)3 и ацетат хрома Cr(OAc)3) в водные растворы коллагена с коллагеназой приводит к образованию новых ковалентных связей и повышению устойчивости белка к разрушению ферментом коллагеназой. Это свидетельствует о положительном влиянии ионов хрома на укрепление структуры коллагена. • Соли нитрата хрома Cr(NO3)3, добавленные в раствор коллагена с коллагеназой, сильнее замедляют процесс биодеградации коллагена, чем другие соли хрома. Скорость коллагенолиза для нитрата хрома Cr(NO3)3, снижается на 42%, для хлорида хрома CrCl3 на 22%, для ацетата хрома Cr(OAc)3 на 28% по сравнению с чистым раствором коллагена с коллагеназой. 3.2. Сравнительные исследования поколения самосборных (self-assembled) фотосенсибилизаторов (ФС) методом динамического светорассеяния (ДРС) выявили общую тенденцию по наличию взаимодействия наночастиц ФС S_27_Na с основным транспортным белком - сывороточным альбумином человека (САЧ), а также отсутствие системного взаимодействия образца PT_peg с САЧ. Многокомпонентные взаимодействия анализировались с помощью программного обеспечения, предоставляемого самим поставщиком экспериментальной установки, DynaLS, а также модифицированным методом типа Raynals, скорректированного с учётом специфики взаимодействия указанных образцов. Для изучения характера взаимодействия частиц S_27_Na с САЧ были проведены исследования с привлечением методов спектрофотометрии и флуориметрии, в частности, для определения констант взаимодействия. В результате были получены выводы о потенциальном применении ФС с двумя основными типами доставки: при отсутствии взаимодействия с белками крови, основанного на EPR-эффекте и наоборот, при взаимодействии наночастиц, где таргетинг обеспечивается транспортировкой самого САЧ. 3.3. Во многих литературных источниках рассматриваются заболевания связанные с белком гемоглобином. До сих пор остается неясным, что именно вызывает нарушение его функциональности. Был проведен анализ поведения белковых молекул гемоглобина в водных и водно-солевых растворах при изменении параметров раствора (рН, добавление хлорида железа III). Обнаружено, что при малых (pH<3,56) и больших (pH>10,4) молекула гемоглобина претерпевает конформационные изменения, в результате которых происходит распад четвертичной структуры на димеры и отдельные глобулы. Добавление FeCl3 в водные растворы гемоглобина увеличивает размеры и массу частиц, что можно объяснить адсорбцией ионов Fe3+ на поверхности белка. Но при достижении определенной концентрации Fe3+ рН раствора понижается настолько, что происходят конформационные изменения гемоглобина, которые приводят к распаду его четвертичной структуры. По материалам исследования подготовлена статья. 3.4. В рамках исследования структурных изменений пептидов исследовались структурные особенности нуклеоид-ассоциированных белков Dps, IHF и HU из Escherichia coli в различных условиях. Впервые были смоделированы трехмерные структуры олигомеров белков HU и IHF в растворе с помощью методов молекулярной тектоники, и также были оценены их объемные доли в равновесной олигомерной смеси. Для белка Dps, нагруженного железом, были смоделированы трехмерные модели, показывающие, что атомы железа образуют компактную структуру как во внутренней полости белка Dps, так и частично на поверхности. По полученным результатам были изучены особенности мультимеризации белка HU и IHF и было предположено, что вместо крупных сферических молекул Dps в ранней стационарной фазе могут присутствовать более компактные белки IHF и HU, которые доминируют в этой фазе и предшествует появлению Dps в доминантных количествах. 3.5. Оптические методы позволяют проводить контроль качества некоторых образцов. В результате работы впервые оптическими методами были исследованы фармакологические препараты ЧСА. Исследовались 3 аптечных препарата фирм "Микроген"(Россия), "Уман"(Италия), "Октофарма"(Швеция), и лиафилизированный порошок ЧСА фирмы "Сигма"(США). Получены угловые зависимости интенсивности I рассеянного света человеческого сывороточного альбумина четырёх фирм (Микроген, Sigma, Уман, Octapharma) в чистых водных растворах при двух концентрациях. Построены индикатрисы рассеянного света, которые показывают распределение интенсивности света в чистых водных растворах альбумина. Методом динамического рассеяния света были определены значения для гидродинамических радиусов соответствующих частиц. Методом статического рассеяния света была посчитана молекулярная масса образцов и их вторые вириальные коэффициенты. Проведен анализ полученных результатов. В процессе работы были обнаружены существенные различия между оптическими характеристиками водных растворов препаратов ЧСА, данные различия требуют дальнейшего более детального изучения. Однако, самые близкие значения измеренных величин получились в чистом водном растворе с препаратом фирмы "Сигма", в котором не было никаких стабилизирующих добавок. Из аптечных препаратов лучшие результаты показал препарат фирмы "Уман" (Италия). В 2023 году завершена реконструкция установки для прямого измерения коэффициента теплового расширения (КТР) диэлектрических жидкостей. Основная задача состояла в совершенствовании методики измерения. Следует отметить, что применяемый в настоящей работе способ определения КТР представляет собой компенсационный метод с использованием двойной модуляции. Установка при этом включает в себя два образца: основной образец, представляющий собой диэлектрическую жидкость, и вспомогательный проводящий образец, выполненный из графита. Модуляционное воздействие осуществляется раздельно. При этом модуляционное воздействие, оказываемое на жидкий образец, представляет собой периодически изменяемое давление. Модуляционное воздействие, оказываемое на вспомогательный образец, представляет собой переменный электрический ток, частота колебаний которого равна частоте колебаний давления. Образцы связаны дифференциальной термопарой. Выходное напряжения с термопары поступает на высокочувствительный нановольтметр. Поэтому нановольтметр может регистрировать температурные колебания обоих образцов. В установке заменён модулятор давления. Новый модулятор в отличие от предыдущего создает колебания давления, близкие к гармоническим: амплитуда второй гармоники составляет 10 % от амплитуды основного тона (у прежнего-60%). Выделение сигнала на частоте основного тона (2,5 Гц) осуществляется c помощью программной среды LabView. Для термостатирования жидкого образца при температурах ниже комнатной используется двухконтурный термостат с применением льда, получаемого с помощью льдогенератора Kitfort (КТ-1907). Выполнены 9 серий измерений коэффициента теплового расширения тяжелой воды в температурном интервале от 8 до 240 С. В этом температурном интервале плотность тяжелой воды достигает максимума. КТР тяжелой воды соответственно имеет минимальное значение. Это позволяет проверить чувствительность установки при минимальных сигналах. Степень воспроизводимости результатов, полученных при одинаковых температурах в разных сериях измерений, согласуется с оценкой среднеквадратичной погрешности. Чувствительность нановольтметра SR-810 позволила провести измерения КТР при приближении к точке минимума (теоретически равного нулю) до двух десятых долей градуса. В ходе испытания установки и последующих измерений было установлено, что при измерении малых сигналов ( т.е. при температурах, близких к точке минимума КТР) добиваться компенсации путем вычитания равных сигналов оказалось нерентабельным . Поскольку сигналы и без того слишком малые, а если вычитать один из другого, получается один шум. Поэтому при регистрации малых сигналов более рентабельным способом оказался вариант со сложением двух сигналов. Этот вариант оказался более точным. Необходимо подчеркнуть, что прямые измерения КТР позволяют определять эту величину непосредственно при заданной температуре. Способ определения КТР по точкам, полученным путем измерения плотности при различных температурах, связан с получением интерполяционной кривой, построенной по этим точкам. КТР при определенной температуре определяется путем нахождения производной от найденной непрерывной кривой зависимости плотности от температуры. Методы прямого определения КТР более предпочтительны при изучении слабых аномалий термодинамических свойств, которые обнаружены у жидких щелочных металлов.
14 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа:
15 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Фазовые превращения в чистых жидкостях, в молекулярных растворах и растворах наночастиц
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Краткий аннотационный отчет за 2015 год Kratkij_otchet_2015_byudzhet_Petrova_Blagonravov.rtf 95,0 КБ 10 декабря 2015 [FedorovaKV]