Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами

Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами

Представлены данные экспериментальных и теоретических исследований коллоидно-биохимического механизма взаимодействия живых биологических клеток с микро- и наночастицами металлов. Продемонстрировано несколько независимых экспериментальных доказательств того, что случаи этих взаимодействий могут сильн...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автори: Ульберг, З.Р., Грузина, Т.Г., Духин, А.С.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2014
Назва видання:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107191
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами / З.Р. Ульберг, Т.Г. Грузина, А.С. Духин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 3. — С. 417–450. — Бібліогр.: 75 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-107191
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1071912025-09-15T11:56:18Z Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами Colloid–Biochemical Mechanism of Interaction of Cell with Micro- and Nanoparticles Ульберг, З.Р. Грузина, Т.Г. Духин, А.С. Представлены данные экспериментальных и теоретических исследований коллоидно-биохимического механизма взаимодействия живых биологических клеток с микро- и наночастицами металлов. Продемонстрировано несколько независимых экспериментальных доказательств того, что случаи этих взаимодействий могут сильно зависеть от клеточного метаболизма и работы ионных насосов. Эта зависимость проявляется на очень больших расстояниях (мкм) между частицами и клеткой. Существует также дополнительный механизм взаимодействия, который вызывает обратимую агрегацию наночастиц с некоторыми живыми клетками. Этот механизм зависит от функционирования ионных насосов. Обсуждаются несколько различных теоретических моделей, объясняющих эти явления. Представлено дані експериментальних і теоретичних досліджень колоїдно-біохімічного механізму взаємодії живих біологічних клітин з мікро- і наночастинками металів. Продемонстровано кілька незалежних експериментальних доказів того, що випадки цих взаємодій можуть сильно залежати від клітинного метаболізму та роботи йонних насосів. Ця залежність виявляється на дуже великих відстанях (мкм) між частинками та клітиною. Існує також додатковий механізм взаємодії, який спричиняє оборотню аґреґацію наночастинок із деякими живими клітинами. Цей механізм залежить від функціонування йонних насосів. Обговорюються декілька різних теоретичних моделей, що пояснюють ці явища. The colloid-biochemical mechanism of the interaction between live biological cells with microparticles and nanoparticles of metals is studied experimentally and substantiated theoretically. As shown, there are several independent lines of experimental evidence to suggest that cases of these interactions may strongly depend on the cell metabolism and ion pumps. Such dependence manifests itself at very large distances, on scale of microns, between particles and a cell. There is also an additional interaction mechanism that causes reversible aggregation of nanoparticles with some live cells. The functioning of ion pumps controls this mechanism. The relationships between the transmembrane potential and electrokinetic potential, which are experimentally observed by cell electrophoresis and should be taken into account when the Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) electrostatic component is important, unfortunately cannot explain these peculiar phenomena. On the othпїѕer hand, there is experimental evidence that nanoparticles affect cell metabolism, and this effect depends on the particle size. This one might be related to another observation that gold nanoparticles penetrate inside the cells that allows them to interact with functions of cells organelles. Fourth different theoretical models have been suggested over the last four decades to explain these phenomena. We are very sceptical about microdielectrophoresis model due to nonlinear nature of underlying effect that leads to very high energy requirements. Another model, namely microdiffusiophoresis, seems to be more suitable in explaining the observed long-range interaction because the underlying effect is linear with the driving force, bringing substantial energy saving in comparison with the first model. The third model of ion pump electroosmotic trap provides the desirable explanation of the role of ion pumps in reversible interactions with nanoparticles. Preliminary estimates indicate that reasonable values of the involved parameters could justify the sufficient energy necessary for the efficient functioning of such a trap. There is observation of similar electrohydrodynamical circulation with the same spatial symmetry near the ion exchange membrane when electric current passes through it. 2014 Article Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами / З.Р. Ульберг, Т.Г. Грузина, А.С. Духин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 3. — С. 417–450. — Бібліогр.: 75 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 81.16.Fg, 82.39.Wj, 82.70.Dd, 87.16.dp, 87.16.Uv, 87.16.Vy, 87.85.Qr https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107191 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології application/pdf Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Представлены данные экспериментальных и теоретических исследований коллоидно-биохимического механизма взаимодействия живых биологических клеток с микро- и наночастицами металлов. Продемонстрировано несколько независимых экспериментальных доказательств того, что случаи этих взаимодействий могут сильно зависеть от клеточного метаболизма и работы ионных насосов. Эта зависимость проявляется на очень больших расстояниях (мкм) между частицами и клеткой. Существует также дополнительный механизм взаимодействия, который вызывает обратимую агрегацию наночастиц с некоторыми живыми клетками. Этот механизм зависит от функционирования ионных насосов. Обсуждаются несколько различных теоретических моделей, объясняющих эти явления.
format Article
author Ульберг, З.Р.
Грузина, Т.Г.
Духин, А.С.
spellingShingle Ульберг, З.Р.
Грузина, Т.Г.
Духин, А.С.
Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet Ульберг, З.Р.
Грузина, Т.Г.
Духин, А.С.
author_sort Ульберг, З.Р.
title Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами
title_short Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами
title_full Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами
title_fullStr Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами
title_full_unstemmed Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами
title_sort коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2014
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107191
citation_txt Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами / З.Р. Ульберг, Т.Г. Грузина, А.С. Духин // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2014. — Т. 12, № 3. — С. 417–450. — Бібліогр.: 75 назв. — рос.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT ulʹbergzr kolloidnobiohimičeskijmehanizmvzaimodejstviâkletkismikroinanočasticami
AT gruzinatg kolloidnobiohimičeskijmehanizmvzaimodejstviâkletkismikroinanočasticami
AT duhinas kolloidnobiohimičeskijmehanizmvzaimodejstviâkletkismikroinanočasticami
AT ulʹbergzr colloidbiochemicalmechanismofinteractionofcellwithmicroandnanoparticles
AT gruzinatg colloidbiochemicalmechanismofinteractionofcellwithmicroandnanoparticles
AT duhinas colloidbiochemicalmechanismofinteractionofcellwithmicroandnanoparticles
first_indexed 2025-11-24T04:10:24Z
last_indexed 2025-11-24T04:10:24Z
_version_ 1849643420001239040
fulltext 417 PACS numbers: 81.16.Fg, 82.39.Wj, 82.70.Dd, 87.16.dp, 87.16.Uv, 87.16.Vy, 87.85.Qr Коллоидно-биохимический механизм взаимодействия клетки с микро- и наночастицами З. Р. Ульберг, Т. Г. Грузина, А. С. Духин Институт биоколлоидной химии им. Ф. Д. Овчаренко НАН Украины, бульвар Академика Вернадского, 42, 03680, ГСП, Киев-142, Украина Представлены данные экспериментальных и теоретических исследований коллоидно-биохимического механизма взаимодействия живых биологи- ческих клеток с микро- и наночастицами металлов. Продемонстрировано несколько независимых экспериментальных доказательств того, что слу- чаи этих взаимодействий могут сильно зависеть от клеточного метаболиз- ма и работы ионных насосов. Эта зависимость проявляется на очень боль- ших расстояниях (мкм) между частицами и клеткой. Существует также дополнительный механизм взаимодействия, который вызывает обрати- мую агрегацию наночастиц с некоторыми живыми клетками. Этот меха- низм зависит от функционирования ионных насосов. Обсуждаются не- сколько различных теоретических моделей, объясняющих эти явления. Представлено дані експериментальних і теоретичних досліджень колоїд- но-біохімічного механізму взаємодії живих біологічних клітин з мікро- і наночастинками металів. Продемонстровано кілька незалежних експери- ментальних доказів того, що випадки цих взаємодій можуть сильно зале- жати від клітинного метаболізму та роботи йонних насосів. Ця залежність виявляється на дуже великих відстанях (мкм) між частинками та кліти- ною. Існує також додатковий механізм взаємодії, який спричиняє оборот- ню аґреґацію наночастинок із деякими живими клітинами. Цей механізм залежить від функціонування йонних насосів. Обговорюються декілька різних теоретичних моделей, що пояснюють ці явища. The colloid–biochemical mechanism of the interaction between live biological cells with microparticles and nanoparticles of metals is studied experimental- ly and substantiated theoretically. As shown, there are several independent lines of experimental evidence to suggest that cases of these interactions may strongly depend on the cell metabolism and ion pumps. Such dependence man- ifests itself at very large distances, on scale of microns, between particles and a cell. There is also an additional interaction mechanism that causes reversible aggregation of nanoparticles with some live cells. The functioning of ion Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2014, т. 12, № 3, сс. 417–450  2014 ІÌÔ (Інститут металофізики ім. Г. Â. Êурдюмова ÍАÍ України) Íадруковано в Україні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 418 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ pumps controls this mechanism. The relationships between the transmem- brane potential and electrokinetic potential, which are experimentally ob- served by cell electrophoresis and should be taken into account when the Der- jaguin–Landau–Verwey–Overbeek (DLVO) electrostatic component is im- portant, unfortunately cannot explain these peculiar phenomena. On the oth- er hand, there is experimental evidence that nanoparticles affect cell metabo- lism, and this effect depends on the particle size. This one might be related to another observation that gold nanoparticles penetrate inside the cells that al- lows them to interact with functions of cells’ organelles. Fourth different the- oretical models have been suggested over the last four decades to explain these phenomena. We are very sceptical about microdielectrophoresis model due to nonlinear nature of underlying effect that leads to very high energy require- ments. Another model, namely microdiffusiophoresis, seems to be more suita- ble in explaining the observed long-range interaction because the underlying effect is linear with the driving force, bringing substantial energy saving in comparison with the first model. The third model of ‘ion pump electroosmotic trap’ provides the desirable explanation of the role of ion pumps in reversible interactions with nanoparticles. Preliminary estimates indicate that reasona- ble values of the involved parameters could justify the sufficient energy nec- essary for the efficient functioning of such a trap. There is observation of sim- ilar electrohydrodynamical circulation with the same spatial symmetry near the ion exchange membrane when electric current passes through it. Ключевые слова: микродиэлектрофорез, микродиффузиофорез, наноча- стицы, трансмембранный потенциал, биоспецифический механизм, взаи- модействия дальнего радиуса действия, клеточный метаболизм. (Получено 29 июля 2014 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Характерной чертой развития современного естествознания по- следнего десятилетия является интенсификация исследований биологических систем с позиций коллоидной химии. Изучение свойств и состояний биологических клеток при их взаимодействии с ультрадисперсными минеральными частицами микро- и нанораз- меров составляет одну из приоритетных задач. Чрезвычайно важ- ным импульсом таких исследований послужило зарегистрирован- ное 30 лет назад Открытие № 361 от 20.12.1990 г как фундамен- тальное природное «Явление избирательной гетерокоагуляции ми- неральных коллоидных частиц с микроорганизмами» (его автора- ми являются Ô. Д. Овчаренко, Í. Â. Перцов, З. Р. Ульберг, Â. Р. Эстрела-Льопис, Б. С. Êоган) [1]. За прошедшие годы был выполнен большой комплекс экспери- ментальных и теоретических исследований, которые определили основные биохимические процессы, лежащие в основе явления из- бирательности, а также особенности его проявления в природе и ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 419 практические следствия [2–4]. Полученные результаты позволили сформулировать понятие металлофильности биологической клетки как генетически детерминированное свойство, отражающее систе- му взаимодействий клеток с микро- и наночастицами минеральной природы. Такие взаимодействия включают: (1) способность клеток аккумулировать, в том числе и селективно, металлы в количествах, значительно превышающих таковые в окружающей среде; (2) свой- ство металлорезистентности клеток микроорганизмов; (3) не спо- собность клеток микроорганизмов развиваться на средах, лишён- ных определённых металлов.  изучении природы избирательности определена роль структур- ного и метаболического фактора во взаимодействии клетка- частица. Доказано, что особенности химического строения клеточ- ной поверхности обуславливают различия в способности концен- трировать частицы живыми клетками, тогда как особенности про- текания метаболических энергопреобразующих процессов контро- лируют вариабельность в величине аккумулирующей активности клеток одного вида. Полученные закономерности взаимодействия клеток с частица- ми металлов и минералов были успешно использованы при разра- ботке ряда биотехнологических процессов извлечения благородных металлов, главным образом золота, из руд [5, 6].  таких техноло- гиях в качестве высокоселективных флокулянтов и сорбентов при- меняли интактные клетки микроорганизмов. Êлеточные окисли- тельно-восстановительные реакции составили основу технологий биохимического разложения особо токсичных реагентов (циани- стых соединений), используемых в золотодобывающей промыш- ленности [7, 8].  последние годы полученные ранее фундаментальные результа- ты нашли успешное применение в области наномедицины и нано- фармации. Íаиболее существенные результаты были достигнуты при создании векторов доставки лекарственных препаратов, в том числе кардиотропных, в клетки-мишени с использованием наноча- стиц металлов определённой природы и размера [9, 10]. Особый ин- терес вызывает обнаруженная высокая терапевтическая эффектив- ность самих наночастиц, прежде всего, как антимикробных агентов при лечении особо опасных инфекционных заболеваний [11, 12]. Ôиксация ультрадисперсных частиц металлов клеткой происхо- дит с использованием нескольких механизмов. Полученные нами результаты позволяют выделить два основных механизма концен- трирования, имеющих принципиальные особенности: (1) пассивная локализация металлов за счёт электростатических, координацион- ных и других типов связывания металлов структурными компо- нентами клеточной мембраны и (2) метаболизмзависимая аккуму- ляция металлов, которая присуща исключительно живым объек- 420 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ там, и связана с функционированием ферментных систем клетки, обеспечивающих обмен веществ и энергией с внешней средой.  этом плане впервые был определён и исследован механизм энерго- зависимого и избирательного накопления металлов прокариотиче- скими и эукариотическими клетками [13, 14]. Определяющими показателями этих процессов являются элек- троповерхностные свойства клеток и клеточных суспензий и соот- ветствующие коллоидно-химические процессы: коагуляция мик- робных клеток; электрофорез и диффузиофорез клеток; сорбция клетками ионов металлов; гетерокоагуляция клеток и минераль- ных частиц.  коллоидной химии для их описания имеются хорошо разработанные теории, которые дают вполне удовлетворительные результаты.  то же время при переходе к живым клеткам микро- организмов, по крайней мере, две группы экспериментальных дан- ных не находят разумного объяснения. Ê ним относятся различия в поведении интактных и инактивиро- ванных клеток в суспензиях и в растворах электролитов, в частно- сти по количеству аккумулируемого металла и чётко выраженной избирательности взаимодействия клеток определённого вида мик- роорганизмов с теми или иными металлами [15–16]. Были установ- лены экспериментальные факты, свидетельствующие о том, что осо- бенности химического строения поверхности клеток играют важ- ную, но не решающую роль в этих явлениях [9, 17]. Âыполненные нами оценки показали, что теория Дерягина–Ландау–Ôервея– Овербека (ДЛÔО) достаточно адекватно описывает поверхностные взаимодействия в суспензиях инактивированных клеток [18].  случае же интактных клеток и минеральных частиц требуется до- полнительный учёт факторов, связанных, в первую очередь, с неравновесностью клеточной системы, обусловленной работой элек- трогенных клеточных насосов. Основной характеристикой неравно- весности метаболизирующих клеток является трансмембранный потенциал. При этом существенной становится та его часть, которая ассоциирована с внешним двойным электрическим слоем. Ìеха- низм их действия исследован в [19, 20] и заключается в том, что энергия, высвобождаемая при окислительно-восстановительных реакциях или при гидролизе АТÔ внутри клетки, затрачивается на вывод катионов, как правило, Í + в околоклеточное пространство. Эта же часть -потенциала делает этот параметр зависимым от заря- да клеточной поверхности и метаболизма. Однако в некоторых случаях это может быть недостаточным. Существуют некоторые данные, что живые клетки могут взаимо- действовать с микро- и нанообъектами на расстояниях, значитель- но превышающих область электростатического взаимодействия в рамках теории ДЛÔО. Âедущий основатель этой теории Б. Â. Деря- гин считал, что теория требует дополнительных механизмов для ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 421 описания взаимодействий между биологическими клетками. Эти соображения были представлены в работах [21, 22]. Дальнейшее развитие этих идей проводилось с использованием двух концепций, а именно, физической и коллоидно-биохимической, определяющих движение частиц вблизи живой клетки, адгезирование их на по- верхности клетки и проникновение внутрь неё как явлений, свя- занных с её физиологической активностью. Так возникла необхо- димость создания нового коллоидно-биохимического механизма процессов гетерокоагуляции живых клеток с коллоидными мине- ральными частицами в прямой зависимости от метаболизма клетки или её физиологической активности. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ Будут обсуждаться четыре главных экспериментальных факта: (1) отношение между трансмембранным и -потенциалом; (2) взаимо- действие клетки с частицами на больших расстояниях; (3) обрати- мое взаимодействие клетки с частицами золота; (4) проникновение частицы через плазматическую мембрану внутрь клетки. Первые важные данные в развитие физической теории были по- лучены в работах H. Pohl. Они представлены в виде эксперимен- тальных и теоретических моделей, описывающих процессы гетеро- коагуляции клеток и частиц различной природы. Ìеханизм, пред- лагаемый Pohl, для объяснения этих явлений, основан на представ- лениях гипотезы Frohlich о возможности генерации клеткой высо- кочастотного электрического поля, которое локализовано на значи- тельных расстояниях от клетки [23, 24]. Попадающая в такое неод- нородное поле частица движется за счёт диэлектро-(диполо)-фореза. При этом более полярные частицы втягиваются в максимум поля, т.е. притягиваются к клетке, а менее полярные — выталкиваются в минимум поля, т.е. не осаждаются на её поверхности.  выполнен- ных ими экспериментах было показано удаление диэлектрических частиц титаната бария от живой клетки Netrium digitus с образова- нием вокруг неё свободной зоны (рис. 1, а). Подобные эксперименты выполнялись рядом исследователей с несколькими типами клеток и частиц (табл. 1). Эксперименты выполнялись с использованием: «техники висящей капли» и «микродиэлектрофореза». Íа фото- графиях отчётливо видна свободная от частиц зона вокруг клетки, находящейся в центре. Зона отталкивания частиц имеет значитель- ную протяжённость, если учесть, что размер самих частиц 2 мкм.  это же время подобный эффект наблюдала группа Б. Дерягина и Ì. Голованова [21, 22]. Эти данные представлены на рисунке 1, б. Они демонстрируют образование свободной зоны в системе, где в центре находятся клетки эритроцитов, а в качестве частиц пред- ставлены частицы Индианских чернил. Аналогичные данные были 422 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ получены в экспериментах с раковыми клетками. Позднее на Украине подобные работы были выполнены в Инсти- Поль Дерягин Ульберг Ульберг а б в г Рис. 1. Ôотографии, демонстрирующие взаимодействие клеток с частица- ми: а — клетки Netruim digitus в присутствии частиц титаната бария [50, 52]; б — клетки эритроцитов (раковой опухоли) в присутствии частиц Ин- дианских чернил [21, 22]; в — клетки Bacillus cereus в присутствии нано- частиц золота; г — клетки Bacillus sp. в присутствии наночастиц золота. ТАБЛИЦА 1. Типы интактных клеток и дисперсных минеральных частиц, исследуемых в процессах их взаимодействия. № п/п Авторы Êлетки Частицы 1 группа Pohl [49–52] Synchronized-phase Bacillus cereus BaTiO3 2 Yeast Saccharomyces serevis NaNbO3 3 Rapidly-dividing fetal mouse fibroblasts BaSO4 4 Mouse ascites tumor cells (sarcoma) 5 Nucleated mouse erythrocytes. Al2O3 6 African green monkey kidney lines. SiO2 7 feline lung line DPIA-high 8 Algae Netrium digitals and Closterium acerosum permittivity 9 African clawed frog fertilized eggs 10 Derjaguin Blood leukocytes Ink particles 11 Golovanov [20, 21] Immunocompetent tissue cells 12 Tumor tissue сells 13 группа Ul’berg [43–45] Bacillus cereus Gold particles 14 Bacillus fascidiosus 15 Bacillus subtilis 16 Pseudomonas iodinum 17 Chlorella vulgaris ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 423 туте биоколлоидной химии ÍАÍУ группой З. Ульберг [25, 26, 28– 30]. Главный феномен, который был положен в основу этих иссле- дований, состоял в том, что процесс взаимодействия живой клетки и минеральных частиц селективен. Íапример, было показано при исследовании взаимодействия клеток с наночастицами золота, что одни клетки образуют вокруг себя свободную зону от частиц, в то время как другие клетки активно гетерокоагулируют с ними (рис. 1, в, г). Более того, было показано прямыми экспериментами, что существует определённая селективность во взаимодействии клеток одного вида в отношении минеральных частиц различной природы. Исследовалось движение частиц различной природы вблизи клеток микроводоросли Chlorella vulgaris, иммобилизованных на плоско- сти, в зоне с радиусом 40 мкм. Íаряду с броуновским движением наблюдался и был измерен направленный перенос частиц золота, Fe(OH)3, SiO2 вдоль вектора, перпендикулярного плоскости с иммо- билизованными клетками. Ôиксировалась средняя скорость ча- стиц на протяжённости 25–35 мкм от плоскости. Отрицательно за- ряженные частицы золота и частицы Fe(OH)3 с положительным за- рядом двигались к иммобилизованным отрицательно заряженным клеткам co скоростью Vedf соответственно 510 5 см/с.  то же время частицы кремнезёма SiO2 двигались в противоположном направле- нии от плоскости с клетками со средней скоростью 2010 5 см/с.  отличие от предлагаемой для объяснения наблюдаемых фактов ги- потезы диэлектро-(диполо)-фореза в работах Pohl, группой Б. Деря- гина была предложена теория диффузиофореза [31, 32]. Это новое электрокинетическое явление, означающее направленное движе- ние частицы по градиенту концентрации вещества, было зареги- стрировано в качестве открытия [33]. Дальнейшее развитие экспе- риментальных и теоретических представлений о механизме и про- явлении явления диффузиофореза позволило объяснить ряд экспе- риментальных данных.  частности, был предложен коллоидно- биохимический механизм сверхдальнодействия на стадии направ- ленного транспорта в эффекте селективной гетерокоагуляции мик- роорганизмов и минеральных частиц [34].  отличие от работ Pohl, он учитывает способность интактной клетки выделять вещества и энергию в окружающую среду, след- ствием чего вблизи поверхности живой клетки, в пределах гидро- динамически неподвижного слоя жидкости (соизмеримого с разме- ром клетки), всегда существует некоторый избыток продуктов об- мена, экзометаболитов. Сближающаяся в процессе орто- или пери- кинетической коагуляции с клеткой частица попадает в этот слой, в котором имеют место несколько процессов. Âо-первых, специфиче- ская адсорбция определённых компонентов экзаметаболитов на по- верхности частиц, которая определяет их свойства, и, в первую оче- редь, заряд частиц. Âторой процесс непосредственно определяет 424 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ причину направленного транспорта. Диффузионному слою экзаме- таболитов в окрестности интактной клетки соответствует действу- ющее в его пределах электрическое поле Ed диффузионного потен- циала. Предложенный и экспериментально проверенный [34–36] механизм сверхдальнодействия определяется направленным диф- фузиофоретическим транспортом частицы в электрическом поле диффузионного потенциала клетки. Íаправление и скорость такого движения зависят от направления и величины поля в диффузион- ном слое клетки и от величины и знака частиц. При этом два важных экспериментальных факта были обнару- жены: (1) на первом этапе осуществляется обратимое адгезирование частиц на поверхности клетки и обратимое их проникновение внутрь через плазматическую мембрану; (2) обратимая агрегация становится необратимой примерно через час контакта. Обратимая агрегация частиц и клеток находится в зависимости от клеточного метаболизма и активности ионных насосов.  последние годы независимо в разных странах были выполнены экспериментальные работы, устанавливающие корреляцию между электрокинетическим и трансмембранным потенциалом живой клетки [37–41].  работах, выполненных в университете Хоккайдо, были измерены электрофоретическая подвижность и трансмем- бранный потенциал митохондрий клеток печени крыс [40]. Изме- рения трансмембранного потенциала выполняли по методу Либер- мана–Скулачёва с тетрафенилфосфониевым ТТÔ-селективным электродом [19, 20, 28]. Авторы использовали несколько химиче- ских веществ, модулирующих энергетическое состояние митохон- дрий.  их числе: ротенон, нарушающий цепь транспорта электро- нов в митохондриях и ингибирующий синтез АТÔ; антимицин, ин- гибирующий реакцию окисления убихинона в транспортной цепи электронов окислительной фосфорилизации, нарушающий образо- вание градиента концентрации протонов на внутренней мембране, а также ингибирующий образование АТÔ; цианидпотенциальный ингибитор клеточной респираторной цепи, блокирующий процесс окислительной фосфорилизации. Другие вещества выступали в ро- ли стимуляторов биоэнергетических процессов в митохондриях: сукцинат, способствующий активизации движения электронов в транспортной цепи; глюкоза, использующаяся как источник энер- гии и активатор метаболических процессов. Результаты представ- ляются графически на рис. 2. Они показывают полную корреляцию обоих показателей. Главный результат этих исследований состоит в том, что метаболические процессы живой клетки оказывают влия- ние на её поверхностные свойства. Здесь важной становится связь между электрофоретической подвижностью клетки и степенью энергизации последней.  ряде экспериментов обнаружено возрас- тание электрофоретической подвижности и субклеточных единиц в ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 425 процессе энергизации мембраны, что сопровождается увеличением электрокинетического и трансмембранного потенциалов. Ê этой группе работ тесно примыкают исследования, посвящённые срав- нению электрофоретических подвижностей интактных и инакти- вированных клеток бактерий [16, 18]. Теория биоспецифического двойного слоя интактной клетки, включающая понятие «квази- равновесного» потенциала, порождаемого процессами активного транспорта ионов через клеточную мембрану и влияющего на вели- чину трансмембранного потенциала, развита в работах [27]. Связь электрокинетического потенциала клетки с её метаболиче- ской активностью была зарегистрирована также в работах [42]. Íа основании эмпирического материала ими была введена «биохими- ческая составляющая электрокинетического потенциала», опреде- ляемая метаболической активностью клеток, и обнаружена зави- симость этой составляющей от режима работы дыхательной цепи клеток и теплового воздействия. Экспериментальные подтверждения указанных закономерностей и развиваемой модели двойного слоя были получены в работах [4, 18], в которых измерялась электрофоретическая подвижность ин- тактных и инактивированных клеток микроводоросли Chlorella Рис. 2. Изменение трансмембранного и -потенциала митохондрий клеток печени, инициируемые ингибиторами и стимуляторами биоэнергетиче- ских процессов. Рассчитаны по данным работы [40]. 426 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ vulg., а также величины сорбции металлов в растворах электроли- тов. Ранее было показано, что процесс аккумуляции клетками на- ночастиц металлов качественно соответствует аккумуляции их в виде ионов [43–45].  отношении модели накопления клетками ионов металлов экс- периментальные данные представлены на рис. 3 и в табл. 2. Íа кри- вых чётко просматривается разница в значениях электрокинетиче- ского потенциала и величин сорбции исследованных клеток в зави- симости от их физиологического состояния, а также природы и ва- лентности металла. Значения электрокинетических потенциалов вполне закономерно уменьшаются с ростом ионной силы раствора. Рис. 3. Зависимость электрокинетических потенциалов (1, 2) и величин сорбции (1, 2) интактных (1, 1) и инактивированных (2, 2) клеток Chlorella vulg. от концентрации электролитов: AgNO3, LiCl, HAuCl4, MnCl2, CuCl2, NiCl2. ТАБЛИЦА 2. Сорбционная способность микроводорослей Chlorella vulgar- is (исходная концентрация электролита 10 3 моль/л, время контакта — 1 час). Электролиты Сорбционная способность клетки Chlorella vulgaris, мг/г Интактные Инактивированные CuCl2 125,0 30,4 FeCl3 108,0 15,6 HAuCl4 103,0 70,0 NiCl2 35,0 9,2 MnCl2 17,7 3,5 ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 427 Согласно развиваемой теории, в этом случае также происходит снижение квазиравновесного потенциала как части поверхностного потенциала, а также наблюдается прямая корреляция между вели- чиной трансмембранного потенциала и аккумулирующей способно- стью. Чем больше абсолютная величина трансмембранного потен- циала, тем с большей активностью клетки аккумулируют металл в ионной и коллоидной форме. Приведённые результаты также убе- дительно демонстрируют факт, что интактные клетки бактерий и микроводорослей проявляют высокую избирательность во взаимо- действии с металлами. Ôеномен формирования биоспецифического двойного слоя жи- вой клетки, определяющий накопление ультрадисперсных частиц на поверхности и внутри клетки, потребовал теоретического анали- за.  молекулярной биологии клетки обычно допускается, что трансмембранный потенциал полностью ассоциирован с мембра- ной, заряженной как конденсатор. Это утверждение справедливо при высокой ионной силе раствора, что приводит к сжатию дебаев- ского слоя до величины 1 нм, например, при ионной силе раствора 0,15 Ì.  этом случае все делокализованные, электрические заря- ды, выделяемые через ионные каналы из клетки в околоклеточный раствор, остаются в очень тонком слое на клеточной поверхности. Термическое движение ионов в этом случае незначительно. Эта ситуация изменяется при уменьшении ионной силы раство- ра. Толщина диффузного слоя или протяжённость дебаевского слоя увеличивается. Другими словами, живые биологические клетки генерируют дополнительный электрический заряд за счёт катио- нов, распределённых в достаточно протяжённом двойном электри- ческом слое. Этот эффект был определён как «биоспецифический механизм образования двойного электрического слоя живой клет- ки» [4, 27].  основе её лежит утверждение, что трансмембранный потенциал распределён между тремя конденсаторами. Один кон- денсатор есть сама мембрана Cm. Другие два конденсатора DLS, Cdl отнесены к внутренней и внешней поверхности мембраны. Эта тео- рия также принимает в расчёт, что изменение трансмембранного потенциала U, может изменить заряд поверхности, , благодаря конформационным изменениям мембранных протеинов. Это позво- лило прийти к простому выражению для изменения -потенциала (), которое имеет место, когда трансмембранный потенциал из- меняется на величину U: m dl m m dl UC C C C C       . (1) При высокой ионной силе раствора второй член этого уравнения становится незначительным. Главный вклад в изменение поверх- ностного потенциала вносит реконформация мембранных протеи- 428 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ нов, которая, в свою очередь, приводит к изменению трансмем- бранного потенциала. Это заключение может быть важно для биоэнергетики клетки в целом. Íапример, перераспределение трансмембранного потенциа- ла в пределах двойного слоя открывает возможности для стабили- зации трансмембранных электрических полей, что контролирует функции многих биосистем, включённых в мембрану. Трансмем- бранный потенциал становится также фактором, который в комби- нации с ионной силой рÍ и поверхностно-активными веществами может влиять на электростатические составляющие, определяю- щие взаимодействие живых биологических клеток с другими объ- ектами в рамках теории ДЛÔО. Это может открыть новые возмож- ности для исследований, в частности, в области нанотоксикологии. Результаты по исследованию обратимого взаимодействия живых клеток с частицами золота выполнялись с гетеротрофными бакте- риями (табл. 1). Средние размеры частиц золота составляли 20–25 нм, электрокинетический потенциал составлял 36 м и зависел от рÍ и ионной силы раствора. При определённых условиях некоторые бактерии аккумулирова- ли на своей поверхности и внутри большое количество частиц золота (рис. 1, в). Íа рисунке 4 приведены кривые, которые характеризуют процессы контактного взаимодействия наночастиц золота с разме- рами 10 и 30 нм с клетками линии U937 (гистиоцитарной лимфо- мы). Полученные результаты позволили установить чётко выра- женное влияние концентрации и размера наночастиц золота на эти процессы. Так, в диапазоне концентраций 10 1–10 6 кл/мл или 10 1– 10 6 мкг металла/кл наблюдаются чётко выраженные максимумы связывания около 103–104 кл/мл (10 3–10 4 мкг металла/кл для на- ночастиц всего размерного диапазона частиц. Резкие изменения эф- а б Рис. 4. Êонтактное взаимодействие наночастиц золота с размерами 10 (а) и 30 нм (б) с клетками линии U937. ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 429 фективности в аккумулировании частиц металла клетками связаны с несколькими аспектами: в области малых концентраций клеток сказывается токсическое действие металлов; в области высоких концентраций клеток влияние металла менее выражено, поверх- ность их свободна от металлических частиц, и более выражено вза- имодействие клеток между собой. Таким образом, можно сделать вывод, что существует критическая концентрация компонентов в системе «клетка–наночастицы золота», которая определяет эффек- тивность этого взаимодействия. По нашим данным концентрацион- ный оптимум в исследуемой системе находится в диапазоне 0,1–1,0 нг металла/кл для частиц всех размеров частиц. Процессы контактного взаимодействия и аккумуляции наноча- стиц характеризуются быстрой кинетикой: максимум связывания частиц различного размера клетками опухоли достигается в тече- ние 3–5 мин (рис. 5). Ìаксимальное количество адгезированных на поверхности клеток частиц, почти 100%, обнаружено в размерном диапазоне 20–30 нм, в то время как эффективность процесса для частиц с размером 45 нм составляла 80%. При аккумуляции частиц 10 нм после достижения некоторого критического значения имел место обратный эффект пептизации этих частиц обратно в раствор. Âозможно, что в основе этого явления лежит механизм «efflux», который определяет способность клеток опухоли активно выбрасы- вать токсичные для них вещества (рис. 4, а). Этот механизм подобен противодействию опухолевых клеток химиотерапевтическим пре- паратам [46]. Экспериментальные данные, полученные методами конфокаль- ной и трансмиссионной электронной микроскопии, подтверждают факт накопления частиц золота, как на поверхности клеток, так и внутри клетки (рис. 6). Íаиболее выражено сродство частиц золота к клеткам линии U937 с размером 30 нм. Íезначительное количе- ство аккумулированных частиц с размером 10 нм и сохранение це- лостности клетки при этом подтверждают предложенный выше Рис. 5. Êинетика процесса контактного взаимодействия клеток линии U937 с наночастицами золота с размерами [нм]: 10 (1), 20 (2), 30 (3), 45 (4). 430 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ возможный механизм «выброса» частиц из клетки. Êак видно из этих данных, существуют определённые соотношения концентра- ций клеток и наночастиц золота, которые определяют эффектив- ность связывания. При определённых условиях процесс взаимодействия частиц зо- лота с живой клеткой протекает в две стадии: вначале адгезирова- ние частиц на поверхности происходит по электростатическому ме- ханизму, на что указывает обратимость гетерокоагуляции; необра- тимый процесс связывания проявляется приблизительно после часа а б Рис. 6. Êонтактное взаимодействие наночастиц золота с размерами 10 нм (а) и 30 нм (б) с клетками линии U937 по данным конфокальной микро- скопии (LSM510META, «Carl Zeiss», Германия). Рис. 7. Êинетические кривые, характеризующие процесс аккумуляции наночастиц золота клетками Chlorella vulg. при введении в систему АТÔ- азы и азида натрия. ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 431 контакта. При этом реализуется химическое связывание металла с участием функциональных групп на поверхности клеточной мем- браны, в частности, карбоксильных СОО  и тиоловых SH  . Êак уже указывалось, биохимическими важными факторами, определяю- щими аккумулирование ультрадисперсных частиц золота на по- верхности клетки, являются генераторы трансмембранного потен- циала. Главные из них — дыхательная цепь и мембранная АТÔ- аза. Деэнергизация таких клеток с помощью агентов, снижающих или устраняющих полностью трансмембранный потенциал, делает практически невозможной гетерокоагуляцию клеток микроорга- низмов и частиц металла. Первая стадия обратимой гетерокоагуляции клеток и частиц име- ет свои особенности. Это процесс очень чувствителен к специфиче- ским ингибиторам метаболизма и, следовательно, контролируется клеточным энергетическим метаболизмом. Экспериментальные данные, которые характеризуют этот процесс, приведены на рис. 7. Так, накопление металла клетками Bacillus sp. усиливается при введении в систему энергетического субстрата АТÔ-азы и переходит в обратный процесс пептизации частиц в раствор при введении азида натрия NaN3 — высокоспецифичного ингибитора АТÔ-азы. Êак по- казывают экспериментальные данные, такой циклический процесс может быть многоразовым. Рисунок 8 демонстрирует прерывание процесса аккумуляции наночастиц золота клетками Bacillus sp. при введении в систему пентахлорфенола, азида натрия NaN3, грамици- дина Д. Ìожно видеть, что введение азида натрия приводит к выде- лению в раствор частиц золота, предварительно адгезированных на поверхности клетки. При этом количество пептизирующихся в рас- твор частиц уменьшается с увеличением времени предварительного Рис. 8. Êинетические кривые, характеризующие процесс аккумуляции наночастиц золота клетками Bacillus sp. в присутствии азида натрия, пен- тахлорфенола, грамицидина Д. 432 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ контакта их с клеткой, что обусловлено переходом обратимой агре- гации в необратимую. Íаличие в суспензии пентахлорфенола- разобщителя окислительного фосфорилирования и грамицидина- каналообразующего ионофора для катионов в начале процесса пол- ностью ингибирует процесс гетерокоагуляции клеток с частицами металла. Действие азида натрия связано с блокированием респира- торной цепи клетки, введение пентахлорфенола и грамицидина приводит к полной диссипации трансмембранного потенциала за счёт нарушения синтеза АТÔ-азы. Обратимая агрегация характерна исключительно для живых клеток. Êлетки бактерий, инактивированные при высоких темпе- ратурах, теряют способность аккумулировать частицы металла. Аналогично, клетки микроводоросли Chlorella vulg. очень слабо вступают во взаимодействие с частицами золота в условиях отсут- ствия света. Полученные результаты свидетельствуют о том, что гетерокоагуляция интактных клеток с частицами металлов — про- цесс, который находится в прямой зависимости от мембранно- энергетических трансформаций. При этом важно отметить, что этот эффект наблюдается при достаточно высокой ионной силе 2,5 мÌ Трис-HCl буфера, которая много выше, чем условия выполнения экспериментов группы Pohl. Это свидетельствует о том, что меха- низмы гетерокоагуляции клеток и микро-, наночастиц отличны от предлагаемых в этих работах.  соответствии со сказанным выше, имеет место и обратный про- цесс — наночастицы золота влияют на ферментативную активность клеток. Для исследований были выбраны, используемые ранее, клетки линии U937 гистиоцитарной лимфомы человека. Исследо- валось влияние наночастиц золота на мембранно-связанные энзимы Na  , K  -АТÔ-азной и Mg2-АТÔ-азной активности мембранной фракции этих клеток линии. Полученные результаты представле- ны на рис. 9. Так, наночастицы золота размером 10 нм с диапазоном концентраций 0,11–1,1 мкг/мл ингибируют ферментативную ак- тивность на 70% по сравнению с контролем (кривая 1). Ингибирование Na  , K  -АТÔ-азной активности в присутствии наночастиц золота размером 20 нм составляет 20% (кривая 2). Íа- ночастицы золота 30 нм в диапазоне концентраций 0,11–1,10 мкг/мл уже стимулируют Na  , K  -АТÔ-азную активность, а с по- вышением концентрации частиц до 1,1 мкг/мл увеличение показа- теля активности увеличивается на 30–40% (кривая 3). Íа 20–40% повышается Na+, K +-АТÔ-азная активность в присутствии частиц с размером 45% (кривая 4). Таким образом, в пределах концентра- ций частиц золота 0,11–0,28 мкл/мл стимуляция Na  , K  -АТÔ- азной активности составляет 20%.  концентрационном интервале 0,28–0,55 мкг/мл по металлу ферментативная активность увеличи- вается от 20 до 40% и составляет в среднем 40% при содержании ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 433 металла 0,55–1,10 мкг/мл. Особенности влияния наночастиц золо- та на Na  , K  -АТÔ-азную активность мембранной фракции клеток опухоли линии U937 могут быть обусловлены взаимодействием на- ночастиц определённого размера (вследствие стерического соответ- ствия) с SH-группами молекулы фермента, которые отвечают за его конформационные превращения. Mg 2-АТÔ-азная активность мем- бранной фракции опухолевых клеток линии U937 в присутствии частиц золота достоверно не изменяется. Êлючевым процессом, определяющим использование наноча- стиц металлов в наномедицине и нанофармакологии, является про- никновение частицы через плазматическую мембрану внутрь клет- ки, что соответствует максимальному влиянию частицы на энерге- тические процессы последней. Âыполненные исследования показа- ли, что в транспорте через мембрану задействованы коллоидно- химические процессы в двойном электрическом слое клетки и мем- бранно-связанные ферменты, ответственные за её перенос. Так, ра- нее нами были определены молекулярные структуры и механизмы, ответственные за перенос частиц в клетках бактерий, обладающих способностью к избирательной аккумуляции частиц золота [47, 48].  исследованных клетках идентифицирована Mg+2-АТÔ-азная ак- тивность, которая состоит из двух компонент: азид-чувствительной (63%) и азид-резистентной (37%). Анализ свойств этих двух фер- ментных составляющих позволил сделать вывод, что азид- чувствительная АТÔ-аза связана с функционированием дыхатель- ной цепи клетки бактерий, локализованной в плазматической мем- Концентрация наночастиц золота, мкг/мл по металлу Рис. 9. Изменение величины Na+, K +-ATP-фазной активности (А/А0) мем- бранной функции опухолевых клеток линии U937 в условиях действия наночастиц золота размером: 1–10 нм, 2–20 нм, 3–30 нм, 4–45 нм (Mm, n5, P0,05 относительно контроля — А0; за 100% (контроль) взята ве- личина Na  , K  -АТÔ-фазной активности при отсутствии золота). 434 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ бране, а азид-резистентная компонента выступает как молекуляр- ная основа трансмембранного перенесения частиц золота внутрь клетки. 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Анализ экспериментальных работ, выполненных различными группами, позволил выделить несколько стадий коллоидно- биохимического механизма гетерокоагуляции живой клетки и коллоидной частицы металла. 4. ТРАНСПОРТНАЯ СТАДИЯ Микродиэлектрофорез. Êак уже указывалось выше, представле- ния, развиваемые Pohl о диэлектрофорезе как стадии транспорта частиц вблизи клетки, основывались на рассмотрении генерируе- мого клеткой высокочастотного электрического поля. Сразу следу- ет отметить, что непосредственных измерений параметров поля эта группа исследователей не выполняла. Âпоследствии были выпол- нены теоретические сопоставления тепловых потерь электромаг- нитного поля в дисперсионной среде с оценёнными по максимуму энергетическими возможностями клетки, и на основе соответству- ющих расчётов сделан вывод о том, такой механизм для реальных систем маловероятен [34]. Более того, напряжённость электриче- ского поля в значительной степени зависит от природы дисперси- онной среды и электрических свойств частиц. Âажна также частота электрического поля.  ранних работах Pohl обозначил, что частота электрического поля должна быть 5 кГц [49–51].  его более позд- них работах высказаны предположения о том, что заряды частиц в водных растворах электролитов будут экранироваться, что делает практически невозможным генерировать низкочастотное электри- ческое поле за счёт движения зарядов внутри клетки [52]. Следующие оценки частоты и напряжённости электрического поля, необходимых для проявления наблюдаемых группой Pohl эффектов, были сделаны А. Духиным [3, 55] в рамках теории Ìакс- велла–Âагнера [53–54]. Согласно этой теории, существует критиче- ская частота, которая разделяет низкочастотную область, где до- минирует ионная проводимость, и высокочастотную, где диэлек- трические свойства частиц определяют поведение системы в элек- трическом поле. Частота Wmw в рамках этой теории может быть вы- ражена формулой: 0 m mw m K W    , (2) ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 435 где Km — проводимость среды; 0 и m — диэлектрические ёмкости в вакууме и жидкости соответственно. Частота генерируемого клеткой поля должна быть выше крити- ческой частоты Ìаксвелла–Âагнера для того, чтобы предотвратить дебаевское экранирование электронных осцилляций внутри клет- ки. Эта высокочастотная область, определяющая возможную реа- лизацию диэлектрофореза, зависит от диэлектрических свойств ча- стиц и коррелирует с экспериментами группы Pohl. При такой вы- сокой частоте скорость движения сферической частицы вблизи клетки Vdp равна: 2 20 3 2 p mm dp p m a V E           , (3) где а — радиус частицы;  — динамическая вязкость; p — диэлек- трическая ёмкость; m — относительная диэлектрическая ёмкость в вакууме; Е — напряжённость электрического поля, генерируемого клеткой. Согласно оценкам Pohl, величина напряжённости элек- трического поля должна превышать 15 Â/см. Эта напряжённость поля может быть достигнута при осцилляции 10,8 электронов на расстоянии 1 Å или 2000 электронов для 5 мкм. Эти осцилляции не должны быть экранированы, как было сказано выше, и должны находиться в ÌГц-области частот. Увеличение частоты потребует больше энергии для представляемых осцилляций. Трудно предста- вить себе, что клетка может выделить и тратить такое количество энергии. Существует ещё один аргумент не в пользу этого механизма. Ско- рость диэлектрофореза, согласно уравнению (3), сильно снижается с размером частиц. Даже если можно показать, что диэлектрофоре- тический дрейф работает для микрочастиц, то это полностью не ре- ально для наночастиц. Сами исследования группы Pohl и работы украинских учёных [35] показали, что для движения наночастиц потребуется поле в 10 раз сильнее. Íевозможно себе представить, что клетки будут генерировать электрическое поле с напряжённо- стью 500 Â/см. Микродиффузиофорез. Простейшей моделью, позволяющей вы- явить особенности образования двойного электрического слоя и движения частиц в окрестности функционирующей клетки, может служить движение частиц вблизи растворяющегося объекта. Такой эксперимент с растворяющейся частицей стали с диаметром 1,2 мм и движением частиц кварца с размером 3 мкм был представлен в работе [56]. Теоретическая модель этого эксперимента представле- на в работах [3, 33]. Приведённые в этих работах эксперименталь- ные данные показывают, что частицы кварца и клетки бактерий образуют свободную зону вокруг растворяющейся частицы стали, 436 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ как это показано на рисунке 1, а. Ìеханизм этого явления состоит в том, что растворение стали генерирует потоки катионов и анионов, движущихся от частицы. При этом коэффициент диффузии катио- нов D  выше, чем для анионов D  . Соответственно, диффузионный поток катионов J  dif будет больше, чем диффузионный поток J  dif. Схема образования электрического поля вокруг растворяющейся частицы представлена на рис. 10. Это приводит к разделению заря- дов и появлению электрического поля. Это электрическое поле бу- дет балансировать ионные потоки, делая их равными генерирова- нием электромиграционных потоков. Электромиграционные пото- ки будут точно компенсировать различия в диффузионных пото- ках. Такие электрические поля производятся профилями концен- трации электролита, что хорошо известно в электрохимии.  этом особом случае электрическое поле будет оказывать влия- ние на заряженные частицы кварца. Эти частицы отрицательно за- ряжены, поэтому они будут уходить от центральной частицы стали. Это движение, названное «диффузиофорез», отражает тот факт, что движущая сила есть концентрация электролита. Это очень простое объяснение предложенного в [56] эксперимента и отражает главные черты явления. Êак уже указывалось, вокруг живой клетки существует диффу- зионный слой с повышенной концентрацией электролита за счёт обмена ионами и молекулами с окружающей средой. По аналогии с указанным процессом механизм сверхдальнодействия на частицы вблизи клетки определяется диффузиофоретическим транспортом Рис. 10. Иллюстрация движения частиц кварца (размер 3 мкм) вблизи растворяющейся частицы стали (1,2 мм) [56]. ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 437 их в электрическом поле диффузионного потенциала. Простейшее выражение для скорости диффузиофореза Vdf, кото- рое иллюстрирует простейшую зависимость от следующих главных параметров, приведено в работах [3, 57–59]: 0 0 0 ( ) ( ) m m df df RT D D C r V E F C C rD D                  , (4) где Т — абсолютная температура; F — константа Ôарадея; R — га- зовая константа; C(r) — концентрация соли с ионами, которые диффундируют как D  и D  ; С0 — концентрация электролита, кото- рый не принимает участия в клеточно-объёмном обмене. Âыражение (4) позволяет нам оценить, например, необходимую напряжённость поля Edf, достигающую 10 мкм/с в модельной си- стеме [56] и 510 5см/с по нашим измерениям. Это только 5 Â/см, допуская, что  — потенциал частиц 25 мÂ. Это на порядок меньше, чем требуется для модели микроэлектродиполофореза [46]. Этот простой факт показывает преимущество микродиффузиофореза пе- ред микроэлектродиполофорезом. Âторой важный факт — это независимость от размера частиц. Ìикродиффузиофорез может функционировать для наночастиц, в то время как для микроэлектродиполофореза это невозможно. Таким образом, направление и скорость движения частиц вблизи живой клетки зависят от направления и величины поля в диффузи- онном слое клетки и от заряда частиц. Последний может изменять- ся в зависимости от адсорбции на поверхности частицы продуктов метаболизма клетки (в том числе, экзополисахаридов) [36]. Это определяет селективность такого взаимодействия от вида и физио- логической активности клетки. Так как адсорбция метаболитов, выделяемых клеткой, зависит от природы поверхности частицы, её лиофильности, а также её размера, то в результате должна про- явиться селективность в агрегировании клеткой различных мине- ральных частиц. Такие доказательные эксперименты были выпол- нены [34–36]. Особый интерес представляет возможность интенси- фикации избирательной гетерокоагуляции путём воздействия на характер и интенсивность обменных процессов клетки с целью из- менения состава внеклеточных метаболитов. Диффузионный слой внеклеточных метаболитов может оказывать влияние и в разбав- ленных, и в концентрированных средах.  первом случае, на стадии направленного транспорта, во втором — за счёт изменения поверх- ностных свойств частицы, в частности, её заряда при адсорбции биополимеров, выделяемых клеткой. Обратимое взаимодействие наночастиц с живой клеткой. Модель «электрофоретической ловушки». Экспериментально наблюдаемая обратимость взаимодействия наночастиц с живой клеткой [4, 26, 28] была теоретически предсказана А. Духиным в [27]. Основная 438 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ концепция автора основывается на анализе активности одного ион- ного канала. Работа ионного канала состоит в разделении положи- тельных и отрицательных электрических зарядов при движении делокализованных катионов через клеточную мембрану против градиента электрохимического потенциала (рис. 11, а).  рамках очень простой модели автор оценил роль электрокине- тических аспектов при функционировании ионного насоса. Дело- кализованные катионы не покидают полностью клеточное про- странство в связи с нахождением там анионов. Эти положительные и отрицательные заряды формируют два диффузных слоя Дебая и внутри и снаружи клетки.  процессе беспрерывного выделения ка- тионов через этот насос диффузные слои распространяются танген- циально плоскости мембраны. При действии нескольких ионных насосов создаётся «биоспецифический двойной слой», описанный выше. Уже простой анализ показывает, что ионный насос не только раз- Рис. 11. Схема образования электрического поля вокруг растворяющейся частицы. ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 439 деляет электрические заряды, но он также генерирует поверхност- ный ток вдоль клеточной поверхности. Подобные поверхностные токи используются нейронами для передачи сигналов. Поверхност- ный ток включает в движение жидкость подобно хорошо известно- му электроосмотическому эффекту [60]. Поверхностное течение жидкости сферически симметрично вокруг выхода ионного насоса. Íепрерывность течения жидкости требует, чтобы это сферически симметричное течение было сбалансировано с тангенциальным те- чением из объёма к центру зоны вокруг ионного насоса. И электро- осмотическая циркуляция вблизи ионного насоса будет транспор- тировать наночастицы к вершине насоса, как это показано на ста- дии «притяжения» на рис. 11, а. Это есть первая стадия электроос- мотического притяжения частицы. Приближение наночастицы к вершине ионного насоса, в конце концов, блокирует движение жидкости. Частица будет функционировать как затвор для гидро- динамического течения, но эта ситуация не исключает электроос- мотическое притяжение. Íасос будет продолжать выбрасывать де- локализованные катионы в пространство между поверхностью ча- стицы и клеточной стенкой, как показано на стадии «контакта» (рис. 11, б). Тангенциальное движение катионов во внутреннем пространстве недостаточно, чтобы включить в него жидкость, так как ионный насос не может работать как фонтан. Это приводит к возникновению градиента давления, которое сбалансирует силы действующие ионами на воду. Давление между частицей и ионным насосом будет падать. Градиент давления от внешнего пространства к центру, где расположен ионный насос, будет сохранять воду в по- кое, компенсируя электродинамическую силу движения катионов. При уменьшении давления между частицей и ионным каналом частица будет двигаться к поверхности клетки. Таким путём созда- ётся подобие «ловушки давления». Этот механизм может объяс- нить обратимость взаимодействия между наночастицей золота и живой клеткой Bacillus cereus [5, 44]. И существенным параметром в реализации этого процесса являются значения поверхностных за- рядов частицы и клетки, а также время их контакта. Частица золо- та в броуновском движении будет приближаться к клеточной по- верхности и хаотично приходить в контакт с ионным каналом. Ионный насос будет притягивать частицу к клеточной поверхности.  случае высоких поверхностных зарядов частицы и клетки этому будут препятствовать классические электростатические силы от- талкивания ДЛÔО в двойном слое DLs. И частица будет находиться над ионным каналом. Если работа канала по какой-либо причине прекратится, давле- ние в этом пространстве вернётся к нормальной величине, и части- ца будет высвобождаться в объем раствора. Однако чем дольше ча- стица будет находиться над ионным каналом, тем медленнее она 440 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ будет диффундировать через ДЛÔО-барьер и необратимо притяги- ваться к клеточной поверхности. Это объясняет тот факт, что пре- кращение функционирования ионного канала приводит к пептиза- ции частиц в объем, и этот процесс реализуется во времени. Следующий вопрос состоит в том, что достаточна ли сила этой ло- вушки для реализации этих эффектов.  этом направлении А. Ду- хиным были выполнены некоторые математические оценки [3, 27]. Сделана простая предварительная оценка эффективности силы электрического поля между частицей и клеткой. Предполагалось, что ионный насос генерирует электрический ток I [Êл/с]. Этот ток может быть скомпенсирован тангенциальным током, который пе- ресекает воображаемую плоскость вокруг вершины ионного насоса.  этих расчётах плотность электрического тока выражена как про- изведение проводимости Km и напряжённости электрического поля Eeff следующей простой формулой для оценки величины Eeff: eff 0m I K E H  . (5) Известно, что единичный ионный насос может осуществлять гидролиз около 100 молекул АТÔ в секунду [19, 20, 61, 62]. Âели- чина выхода для I как 10 17 Êл/с. Проводимость среды может быть оценена величиной 0,01 См/м (приближается к эксперименту [60]). Диаметр ионного насоса  и ширина площади Н0 могут быть оцене- ны как 5 нм каждый. Это позволяет определить напряжённость электрического поля как 10 Â/см. Эта величина вполне достаточна для реализации электрокинетических эффектов. Эти расчёты поз- воляют положительно оценивать предложенную модель, демон- стрирующую роль ионных насосов во взаимодействии наночастиц с живой клеткой. Проникновение частицы сквозь плазматическую мембрану клет- ки. Ìодель электропорации как физический механизм прохожде- ния наночастицы металла через клеточную мембрану [63]. Изуче- нию возможностей проникновения наночастиц металлов, в частно- сти, золота в цитоплазму живой клетки посвящено быстрорастущее число исследований на стыке биологии, медицины, химии и физи- ки [64–67]. Существуют представления о нескольких возможных путях, по которым наночастицы могут преодолеть плазматическую мембрану и попасть внутрь клетки. При этом в зависимости от того, какой из них реализуется, положение частицы в клетке, и, соответ- ственно, возможности его использования могут быть существенно различными. Прежде всего, эти пути различаются тем, насколько каждый из них повреждает клетку. Первым из известных и наиболее изученных путей, по которым частица попадает из внеклеточной среды в живую клетку, является эндоцитоз [68, 69]. При эндоцитозе клеточная мембрана прогибает- ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 441 ся внутрь клетки под приблизившейся частицей, а затем, замкнув- шись, образует вокруг последней вакуоль, которая вместе с заклю- чённой в неё частицей оказывается внутри клетки, ничуть её не по- вредив. Правда, то обстоятельство, что помещённая в вакуоль ча- стица не может взаимодействовать со структурами цитозоля, огра- ничивает возможности её использования в указанных областях [64]. Согласно современным представлениям, кроме как посредством эндоцитоза, наночастицы могут попасть внутрь клетки только с помощью достаточно сильных внешних воздействий таких, напри- мер, как ультразвук (сонопорация) [70–71] или электрическое поле (электропорация) [72], которые могут быть опасными для клетки. Íапример, электропорацию нельзя применять в тех случаях, когда наночастицы вводятся в живые клетки. Разработанная Â. Í. Шиловым модель проникновения наноча- стиц металла в клетку основана на явлении электропорации, кото- рая вызвана не внешним полем, а ростом напряжённости электри- ческого поля Em в липидном бислое мембраны живой клетки, когда поблизости от её поверхности оказывается металлическая наноча- стица [63]. Принимается во внимание то обстоятельство, что и без внешних источников, мембрана живой клетки всегда находится под действием электрического поля. Его источником является мем- бранный потенциал. Существование трансмембранного потенциа- ла, а также, то обстоятельство, что специальные структуры живой клетки поддерживают его оптимальную величину, являются клю- чевыми. Оценка влияния наночастицы металла на напряжённость электрического поля в мембране выполнялась на основе того факта, что электропроводность частицы намного превышает электропро- водность окружающего раствора, и её поверхность будет эквипо- тенциальной. С учётом напряжённости электрического поля в мем- бране в нормальном состоянии клетки была предложена формула для оценки напряжённости электрического поля в мембране вблизи точки касания частицы: ea g e mg U U e E h h       , (6) где h — толщина мембраны; e — потенциал частицы в точке ка- сания с мембраной; g — потенциал металлической частицы. Из формулы (6) видно, что, если радиус частицы существенно превысит толщину дебаевской атмосферы (если ea1), вблизи точ- ки касания почти весь мембранный потенциал U окажется прило- женным к липидному бислою. При этом напряжённость поля в нём приближается к максимальному значению U/h, при котором воз- можен пробой мембраны.  то же время, по мере удаления от точки касания ширина зазора между мембраной и поверхностью частицы будет возрастать, а напряжённость поля в мембране — уменьшать- 442 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ ся, приближаясь к величине Em(Ue)/h, которая соответствует нормальному состоянию мембраны. Для расчёта зависимости напряжённости поля в мембране от расстояния до точки касания с нахождением распределения потенциала в дебаевской атмосфере для сложной геометрии зазора между сферой и плоскостью был ис- пользован метод кольцевых зон Дерягина [73]. Тогда напряжён- ность поля в мембране может определяться по уравнению: 2 2 ( ) 0 2 2 (1 ) (1 ) 2 ( 1) ( 1) e g e g e g e g e g x x x ae e e e e m x x e e m e U e e E h e e                        , (7) где e — электростатическая индукция на наружной стороне мем- браны, б.р.; m — электростатическая индукция в мембране, б.р.; xg — ширина зазора между поверхностью частицы и мембраной, нм; e — плотность заряда внешней поверхности мембраны, Êл/м2. Ширина зазора между поверхностями частицы мембраны как функция расстояния r от точки касания в рамках применимости метода Дерягина выражается следующей приближенной формулой: 2 2 g r x a  . (8) Âыполненные вычисления позволили получить зависимость напряжённости поля в мембране как функцию отношения расстоя- ния r от точки касания частицы к её радиусу, представленную на рис. 12. Êак видно на рис. 12, вблизи точки касания поля в мем- бране напряжённость увеличивается с ростом размера частиц, при- Рис. 12. Ìодель процесса электроосмотической циркуляции жидкости в устье функционирующего ионного насоса, определяющей адгезию частиц на поверхности клетки. (а) «Приближение» к устью насоса с последующей стадией «Êонтакта» для реализации взаимодействия на коротких (малых) расстояниях (б). ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 443 ближаясь к величине U/h1,6105 Â/см. По мере удаления от точ- ки напряжённость поля уменьшается. Âажно отметить выявленную закономерность: чем больше радиус частицы, тем быстрее уменьша- ется напряжённость поля в мембране с ростом величины r/a. Êоличественное описание явления электропорации, а именно ра- боты, необходимой для формирования поры радиуса r и силы, рас- тягивающей контур поры Fp, на основании определяемой выше ве- личины напряжённости поля, выполнено в работе [63] с использо- ванием зависимостей, полученных в работах [74, 75]. Полученные данные представлены на рис. 13. При r/a0 все кривые пересека- ются в одной точке ниже оси абсцисс. Это происходит потому, что при достаточно малом радиусе поры, действующая на её контур си- ла почти целиком определяется линейным натяжением. Отрица- тельный знак силы Fp означает, что, представленная сама себе, пора будет стягиваться. С увеличением радиуса поры, стягивающая её контур сила будет уменьшаться и, при достаточно большом размере частицы, например a4,3 нм, пройдя через ноль, поменяет знак и станет растягивающей силой. Это связано исключительно с ростом напряжённости поля в клеточной мембране, под влиянием осевшей на неё металлической наночастицы. По мере дальнейшего роста ра- диуса поры, её контур будет все сильнее удаляться от точки каса- ния, а значит, и от поверхности частицы. При этом влияние по- следней на поле в мембране будет ослабевать и растягивающая кон- тур сила Fp, пройдя через максимум, начнёт уменьшаться. Íако- нец, при достаточно большом радиусе поры Fp снова поменяет знак, и влияние частицы на поле в мембране резко ослабевает. Результаты теоретических исследований полностью согласуются с полученными нами экспериментальными данными [11, 12, 14]. Таким образом, несколько независимых экспериментальных данных об особенностях взаимодействия живой биологической Рис. 13. Íапряжённость поля в мембране как функция отношения рассто- яния r от точки касания частицы к её радиусу a, для пяти значений по- следнего: 1 — а2,5 нм, 2 — а4,3 нм, 3 — а7,5 нм, 4 — 12,5 нм, 5 — а18 нм. Пунктир — напряжённость поля в отсутствие частицы. 444 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ клетки с микро- и наночастицами в значительной мере определяет- ся клеточным метаболизмом и работой ионных насосов. С другой стороны, многие экспериментальные факты свидетельствуют о су- щественном влиянии наночастиц металлов на метаболизм клетки. Показано, что проникновение наночастиц золота внутрь через плазматическую мембрану позволяет их взаимодействие с функци- ональными органеллами клетки. Четыре различные теоретические модели, созданные в течение последнего десятилетия, предложены для объяснений этих явлений. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Ô. Д. Овчаренко, Í. Â. Перцов, З. Р. Ульберг, Â. Р. Эстрела-Льопис, Б. С. Êоган, Явление избирательной гетерокоагуляции минеральных кол- лоидных частиц с микроорганизмами (Диплом на открытие № 361 Госко- мизобретений СССР; гос. регистрация 20.12.1990). 2. Ô. Д. Овчаренко, З. Р. Ульберг, С. Â. Гарбара, Í. Â. Перцов, ДАН СССР, 284: 711 (1985). 3. A. S. Dukhin, Z. R. Ul’berg, V. I. Karamushka, and T. G. Gruzina, Advance in Colloid and Interface Science, 159: 60 (2010). 4. Z. R. Ul’berg, T. G. Gruzina, and N. V. Pertsov, Nanoscience: Colloidal and Interfacial Aspects. Surfactant Science Series. Vol. 147 (Ed. V. M. Starov) (Boca Raton, FL: CRC Press: 2008), p. 269. 5. А. А. Âащенко, Л. Г. Ìарочко, З. Р. Ульберг, Коллоидный журн., 68, № 4: 445 (2006). 6. И. И. Âолобаев, Л. Г. Ìарочко, З. Р. Ульберг, Коллоидный журн., 74, № 4: 454 (2012). 7. З. Ульберг, Â. Подольська, Вісник НАН України, № 3: 14 (2011). 8. Â. Э. Шпак, Â. И. Подольская, З. Р. Ульберг, Коллоидный журн., 57, № 1: 108 (1995). 9. З. Ульберг, Т. Грузина, О. Êарпов, Вісник НАН України, № 8: 28 (2008). 10. S. A. Wissing, O. Kayser, and R. H. Muller, Advance Drug Delivery Rev., 56: 1257 (2004). 11. Л. С. Резниченко, С. И. Ìохнатый, Т. Г. Грузина, А. Ì. Âоробьева, З. Р. Ульберг, Вісник проблем біології і медицини, 1, вип. 3: 106 (2012). 12. О. Â. Ìаланчук, З. Р. Ульберг, А. Â. Рыбачук, Л. С. Резниченко, Т. Г. Грузина, Доповіді НАМН України, 18, № 3: 384 (2012). 13. Z. R. Ul’berg, A. S. Dukhin, V. I. Karamushka, Biochimica et Biophysica Acta, 1134: 89 (1992). 14. И. С. Чекман, З. Р. Ульберг, Â. О. Ìаланчук и др., Нанонаука, нанобіологія, нанофармація (Êиїв: Поліграф Плюс: 2012), с. 190. 15. З. Р. Ульберг, Л. Г. Ìарочко, Т. А. Полищук, Í. Â. Перцов, Коллоидный журн., 50: 1026 (1988). 16. Ô. Д. Овчаренко, З. Р. Ульберг, Í. Â. Перцов, Журнал всесоюзного химиче- ского общества им. Д. И. Менделеева, 34, № 2: 159 (1989). 17. З. Р. Ульберг, Â. И. Êарамушка, Т. Г. Грузина, Биотехнология, 1: 109 (1986). 18. Z. R. Ul’berg and L. G. Marochko, Colloids and Surfaces A. Physicochemical ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 445 and Engineering Aspects, 159: 513 (1999). 19. P. Mitchell, Biol. Rev., Cambridge Phil. Soс., 41: 445 (1966). 20. P. Mitchell, Nature, 191: 144 (1961). 21. B. V. Derjaguin and M. V. Golovanov, Соlloids Surf., 10: 77 (1984). 22. M. V. Golovanov and B. V. Derjaguin, Colloid. J., 41, No. 4: 649 (1979). 23. H. Frolich, Quantum Chem., 2: 641(1968). 24. H. Frolich, Nature, 228: 1093 (1970). 25. Z. R. Ul’berg, V. I. Karamushka, A. K. Vidybida, A. K. Serikov, A. S. Dukhin, T. G. Gruzina et al., Biochimica et Biophysica Acta, 1134: 89 (1992). 26. A. S. Dukhin, V. I. Karamushka, Z. R. Ul’berg, and I. G. Abidor, Bioelectro- chem. Bioenerg., 26, No. 2: 131(1991). 27. A. S. Dukhin, Colloids Surf. A, 79: 29 (1993). 28. V. I. Karamushka, Z. R. Ul’berg, T. G. Gruzina, and A. S. Dukhin, Acta Bio- technol., 11, No. 3: 197 (1991). 29. Â. И. Êарамушка, З. Р. Ульберг, Т. Г. Грузина, Укр. биохимический журн., 62, № 1: 76 (1990). 30. З. Р. Ульберг, Â. И. Подольская, Â. И. Êарамушка, Í. Â. Перцов, Коллоид- ный журн., 48, № 5: 1038 (1985). 31. Б. Â. Дерягин, С. С. Духин, А. А. Êороткова, Коллоидный журн., 23, № 1: (1961). 32. С. С. Духин, Б. Â. Дерягин, З. Р. Ульберг, Т. Â. Êузнецова, Коллоидный журн., 40, № 3: 464 (1980). 33. Б. Â. Дерягин, С. С. Духин, З. Р. Ульберг, Г. Л. Дворниченко, Явление диф- фузиофореза (Диплом на открытие № 376 Госкомизобретений СССР; гос. рег. 21.12.1989). 34. Ô. Д. Овчаренко, Â. Р. Эстрела-Льопис, А. И. Гаврилюк, А. С. Духин, Физи- ко-химическая механика и лиофильность дисперсных систем (Êиев: Íау- кова думка: 1985), вып. 17, с. 3. 35. Ô. Д. Овчаренко, Í. Â. Перцов, З. Р. Ульберг, Â. Р. Эстрела-Льопис и др., Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем (Êиев: Íаукова думка: 1985), вып. 17, с. 96. 36. Â. Р. Эстела-Льопис, Ô. Д. Овчаренко, И. Í. Юркова, Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем (Êиев: Íаукова думка: 1991), вып. 22, с. 1. 37. L. L. Grinus, P. Yu. Daugelavichius, and G. A. Alkimavichius, Biochimica, 45: No. 9: 1609 (1980). 38. Â. П. Скулачев, Трансформация энергии в биологических мембранах (Ìосква: Íаука: 1972), c. 244. 39. E. A. Liberman and V. P. Skulachev, Biochimica et Biophysica Acta, 216: 30 (1970). 40. L. E. Bakeeva, L. L. Grinus, A. A. Jasaitis, E. A. Liberman et al., Biochimica et Biophysica Acta, 216: 13 (1970). 41. J. Tsoneva and Tj. Tonov, Bioelectrochem. Bioenerg., 12: 232 (1984). 42. Т. Ô. Грифанова, Сравнение электроповерхностных свойств и агрегатив- ной устойчивости неорганических и биологических объектов (Дисс. … канд. хим. наук) (Ленинград: ЛГУ: 1985). 43. Â. И. Êарамушка, А. С. Духин, Т. Г. Грузина, С. Г. Скляров, З. Р. Ульберг, Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем (Êиев: Íаукова думка: 1989), вып. 20, с. 60. 446 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ 44. З. Р. Ульберг, Â. И. Êарамушка, Ô. Д. Овчаренко, ДАН СССР, 303, № 3: 738 (1984). 45. З. Р. Ульберг, Â. И. Êарамушка, Т. Г. Грузина, А. С. Духин и др., Коллоид- ный журн., 52, № 1: 172 (1990). 46. V. F. Chekhun, G. I. Kulik, O. V. Yurchenko et al., Cancer Lett., 231, No. 1: 87 (2006). 47. Г. Â. Данилович, Т. Г. Грузiна, З. Р. Ульберг, С. О. Êостерін, Укр. бiохiм. журнал, 76, № 5: 45 (2004). 48. Г. Â. Данилович, Т. Г. Грузiна, З. Р. Ульберг, С. О. Êостерін, Укр. бiохiм. журнал, 79, № 4: 46 (2007). 49. H. A. Pohl, W. T. Philips, and J. K. Pollock, Energy Transfer Dynamics (Eds. T. W. Barrett and H. A. Pohl) (Springer-Verlag: 1987), p. 273. 50. H. A. Pohl, Dielectrophoresis Behaviour of Neutral in Nonuniform Electric Fields (Cambridge: Cambridge University Press: 1978). 51. H. A. Pohl, T. Braden, S. Robinson, J. Piclardi, and D. G. Pohl, J. Biol. Phys., 9: 133 (1981). 52. H. Rivera, J. K. Pollock, and H. A. Pohl, Cells Biophys., 7: 43 (1985). 53. J. C. Maxwell, Electricity and Magnetism (Oxford: Clarendon Press: 1892), vol. 1. 54. K. W. Wagner, Arch Electr., 2: 371 (1914). 55. S. S. Dukhin and V. N. Shilov, Dielectric Phenomena and Double Layer in Dis- persed Systems and Polyelectrolytes (New York: John Wiley and Sons: 1974). 56. V. A. Murtsovkin, Experiment. Colloid J., 3: 354 (1987). 57. B. V. Derjaguin and S. S. Dukhin, Colloid J., 46, No. 4: 645 (1984). 58. B. V. Derjaguin, S. S. Dukhin, and A. V. Listovnichiy, Colloid J., 47, No. 3: 480 (1985). 59. J. L. Anderson and D. S. Prieve, Langmuir, 7: 403 (1991). 60. J. Lyklema, Fundamental of Interface and Colloid Science (London–New York: Academic Press: 1995–2000), vols. 1–3. 61. B. Alberts, J. Lewis, A. Johnson, M. Raff, K. Roberts, and P. Walters, Molecu- lar Biology of Cells (4 th edition) (New York: Garland Science: 2002). 62. P. Mitchell, J. Theor. Biol., 62: 327 (1976). 63. Â. Í. Шилов, З. Р. Ульберг, Коллоидный журн., 76, № 5: (2014). 64. R. Lévy, U. Shaheen, Y. Cesbron, and V. Sée, Nano Reviews, 1: 10.3402/nano.v1i0.4889 (2010). 65. А. И. Омельченко, Вісник Угорського державного університету, 2, № 21: 40 (2011). 66. E. E. Connor, J. Mwamuka, A. Gole, C. J. Murphy, and M. D. Wyatt, Small, 1: 325 (2005). 67. J. R. Morones, J. Elechiguerra, A. Camacho, K. Holt, J. B. Kouri, and J. T. Ramirez, Nanotechnology, 16, No. 10: 2346 (2005). 68. G. J. Doherty and H. T. McMahon, Ann. Rev. Biochem., 78: 857 (2009). 69. S. D. Conner and S. L. Schmid, Nature, 422: 37 (2003). 70. Y. Zhou, R. E. Cui, and C. X. Deng, Ultrasound. Med. Biol., 35: 1756 (2009). 71. K. Otani, K. Yamahara, S. Ohnishi, H. Kitamura, and N. Nagaya, Control Re- lease, 9: 146 (2009). 72. E. Tekle, R. Astimian, and P. B. Chock, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88: 4230 (1991). 73. Б. Â. Дерягин, Журн. физ. химии, 6, № 10: 1306 (1935). ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 447 74. H. Ti Tien, Bilayer Lipid Membranes (BLM): Theory and Practice (1 st edition) (New York: Marcel Dekker, Ink.: 1974), ch. 6–7. 75. И. Г. Абидор, Â. Â. Аракелян, Â. Ô. Пастушенко, Докл. АН СССР, 240, № 3: 1306 (1978). REFERENCES 1. F. D. Ovcharenko, N. V. Pertsov, Z. R. Ul’berg, V. R. Estrela-Llopis, and B. S. Kogan, Yavlenie Izbiratel’noy Geterokoagulyatsii Mineral’nykh Kolloidnykh Chastits s Mikroorganizmami (Diplom na otkrytie No. 361 Goskomizobreteniy SSSR; Gos. registratsiya 20.12.1990) (in Russian). 2. F. D. Ovcharenko, Z. R. Ul’berg, S. V. Garbara, and N. V. Pertsov, Doklady AN SSSR, 284: 711 (1985) (in Russian). 3. A. S. Dukhin, Z. R. Ul’berg, V. I. Karamushka, and T. G. Gruzina, Advance in Colloid and Interface Science, 159: 60 (2010). 4. Z. R. Ul’berg, T. G. Gruzina, and N. V. Pertsov, Nanoscience: Colloidal and Interfacial Aspects. Surfactant Science Series. Vol. 147 (Ed. V. M. Starov) (Boca Raton, FL: CRC Press: 2008), p. 269. 5. A. A. Vashсhenko, L. G. Marochko, and Z. R. Ul’berg, Kolloidnyi Zhurn., 68, No. 4: 445 (2006) (in Russian). 6. I. I. Volobaev, L. G. Marochko, and Z. R. Ul’berg, Kolloidnyi Zhurn., 74, No. 4: 454 (2012) (in Russian). 7. Z. Ul’berg and V. Podol’ska, Visnyk NAN Ukrainy, No. 3: 14 (2011) (in Ukrainian). 8. V. Eh. Shpak, V. I. Podol’skaya, and Z. R. Ul’berg, Kolloidnyi Zhurn., 57, No. 1: 108 (1995) (in Russian). 9. Z. Ul’berg, T. Gruzina, and O. Karpov, Visnyk NAN Ukrainy, No. 8: 28 (2008) (in Ukrainian). 10. S. A. Wissing, O. Kayser, and R. H. Muller, Advance Drug Delivery Rev., 56: 1257 (2004). 11. L. S. Reznichenko, S. I. Mohnatyi, T. G. Gruzina, A. M. Vorob’eva, and Z. R. Ul’berg, Visnyk Problem Biologii i Medytsyny, 1, No. 3: 106 (2012) (in Russian). 12. O. V. Malanchuk, Z. R. Ul’berg, A. V. Rybachuk, L. S. Reznichenko, and T. G. Gruzina, Dopovidi NAMN Ukrainy, 18, No. 3: 384 (2012) (in Russian). 13. Z. R. Ul’berg, A. S. Dukhin, and V. I. Karamushka, Biochimica et Biophysica Acta, 1134: 89 (1992). 14. I. S. Chekman, Z. R. Ul’berg, V. O. Malanchuk et al., Nanonauka, Nanobio- logiya, Nanofarmatsiya (Kiev: Poligraf Plyus: 2012), p. 190 (in Russian). 15. Z. R. Ul’berg, L. G. Marochko, T. A. Polishhuk, and N. V. Pertsov, Kolloidnyi Zhurn., 50: 1026 (1988) (in Russian). 16. F. D. Ovcharenko, Z. R. Ul’berg, and N. V. Pertsov, Zhurnal Vsesoyuznogo Khimicheskogo Obshchestva im. D. I. Mendeleeva, 34, No. 2: 159 (1989) (in Russian). 17. Z. R. Ul’berg, V. I. Karamushka, and T. G. Gruzina, Biotekhnologiya, 1: 109 (1986) (in Russian). 18. Z. R. Ul’berg and L. G. Marochko, Colloids and Surfaces. A. Physicochemical and Engineering Aspects, 159: 513 (1999). 448 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ 19. P. Mitchell, Biol. Rev. Cambridge Phil. Soc., 41: 445 (1966). 20. P. Mitchell, Nature, 191: 144 (1961). 21. B. V. Derjaguin and M. V. Golovanov, Colloids Surf., 10: 77 (1984). 22. M. V. Golovanov and B. V. Derjaguin, Colloids J., 41, No. 4: 649 (1979). 23. H. Frolich, Quantum Chem., 2: 641(1968). 24. H. Frolich, Nature, 228: 1093 (1970). 25. Z. R. Ul’berg, V. I. Karamushka, A. K. Vidybida, A. K. Serikov, A. S. Dukhin, T. G. Gruzina et al., Biochim. Biophys. Acta, 1134: 89 (1992). 26. A. S. Dukhin, V. I. Karamushka, Z. R. Ul’berg, and I. G. Abidor, Bioelectrochem. Bioenerg., 26, No. 2: 131(1991). 27. A. S. Dukhin, Colloids Surf. A, 79: 29 (1993). 28. V. I. Karamushka, Z. R. Ul’berg, T. G. Gruzina, and A. S. Dukhin, Acta Biotechnol., 11, No. 3: 197 (1991). 29. V. I. Karamushka, Z. R. Ul’berg, and T. G. Gruzina, Ukr. Biokhimicheskiy Zhurn., 62, No. 1: 76 (1990) (in Russian). 30. Z. R. Ul’berg, V. I. Podol’skaya, V. I. Karamushka, and N. V. Pertsov, Kolloidnyi Zhurn., 48, No. 5: 1038 (1985) (in Russian). 31. B. V. Derjaguin, S. S. Dukhin, A. A. Korotkova, Kolloidnyi Zhurn., 23, No. 1: (1961) (in Russian). 32. S. S. Dukhin, B. V. Derjaguin, Z. R. Ul’berg, and T. V. Kuznetsova, Kolloidnyi Zhurn., 40, No. 3: 464 (1980) (in Russian). 33. B. V. Derjaguin, S. S. Dukhin, Z. R. Ul’berg, and G. L. Dvornichenko, Yavlenie Diffuzioforeza (Diplom na Otkrytie No. 376 Goskomizobreteniy SSSR; Gos. registratsiya 21.12.1989) (in Russian). 34. F. D. Ovcharenko, V. R. Estrela-Llopis, A. I. Gavriljuk, and A. S. Dukhin, Fiziko-Khimicheskaya Mekhanika i Liofil’nost’ Dispersnykh Sistem (Kiev: Naukova Dumka: 1985), Iss. 17, p. 3 (in Russian). 35. F. D. Ovcharenko, N. V. Pertsov, Z. R. Ul’berg, V. R. Estrela-Llopis et al., Fiziko-Khimicheskaya Mekhanika i Liofil’nost’ Dispersnykh Sistem (Kiev: Naukova Dumka: 1985), Iss. 17, p. 96 (in Russian). 36. V. R. Estela-Llopis, F. D. Ovcharenko, and I. N. Yurkova, Fiziko- Khimicheskaya Mekhanika i Liofil’nost’ Dispersnykh Sistem (Kiev: Naukova Dumka: 1991), Iss. 22, p. 1 (in Russian). 37. L. L. Grinus, P. Yu. Daugelavichius, and G. A. Alkimavichius, Biochimica, 45: No. 9: 1609 (1980). 38. V. P. Skulachev, Transformatsiya Ehnergii v Biologicheskikh Membranakh (Moscow: Nauka: 1972), p. 244 (in Russian). 39. E. A. Liberman and V. P. Skulachev, Biochimica et Biophysica Acta, 216: 30 (1970). 40. L. E. Bakeeva, L. L. Grinus, A. A. Jasaitis, E. A. Liberman et al., Biochimica et Biophysica Acta, 216: 13 (1970). 41. J. Tsoneva and Tj. Tonov, Bioelectrochem. Bioenerg., 12: 232 (1984). 42. T. F. Grifanova, Sravnenie Ehlektropoverkhnostnykh Svoystv i Agregativnoy Ustoychivosti Neorganicheskikh i Biologicheskikh Ob’ektov (Diss. … Cand. Chem. Sci.) (Leningrad: LGU: 1985) (in Russian). 43. V. I. Karamushka, A. S. Duhin, T. G. Gruzina, S. G. Sklyarov, and Z. R. Ul’berg, Fiziko-Khimicheskaya Mekhanika i Liofil’nost’ Dispersnykh Sistem (Kiev: Naukova Dumka: 1989), Iss. 20, p. 60 (in Russian). 44. Z. R. Ul’berg, V. I. Karamushka, and F. D. Ovcharenko, Doklady AN SSSR, ÊОЛЛОИДÍО-БИОХИÌИЧЕСÊИЙ ÌЕХАÍИЗÌ ÂЗАИÌОДЕЙСТÂИЯ ÊЛЕТÊИ 449 303, No. 3: 738 (1984) (in Russian). 45. Z. R. Ul’berg, V. I. Karamushka, T. G. Gruzina, A. S. Dukhin et al., Kolloidnyi Zhurn., 52, No. 1: 172 (1990) (in Russian). 46. V. F. Chekhun, G. I. Kulik, O. V. Yurchenko et al., Cancer Lett., 231, No. 1: 87 (2006). 47. G. V. Danilovich, T. G. Gruzina, Z. R. Ulberg, and S. O. Kosterin, Ukr. Biokhim. Zhurnal, 76, No. 5: 45 (2004) (in Ukrainian). 48. G. V. Danylovych, T. G. Gruzina, Z. R. Ul’berg, and S. O. Kosterin, Ukr. Biokhim. Zhurnal, 79, No. 4: 46 (2007) (in Ukrainian). 49. H. A. Pohl, W. T. Philips, and J. K. Pollock, Energy Transfer Dynamics (Eds. T. W. Barrett and H. A. Pohl) (Springer–Verlag: 1987), p. 273. 50. H. A. Pohl, Dielectrophoresis the Behavior of Neutral in Nonuniform Electric Fields (Cambridge: Cambridge University Press: 1978). 51. H. A. Pohl, T. Braden, S. Robinson, J. Piclardi, and D. G. Pohl, J. Biol. Phys., 9: 133 (1981). 52. H. Rivera, J. K. Pollock, and H. A. Pohl, Cells Biophys., 7: 43 (1985). 53. J. C. Maxwell, Electricity and Magnetism (Oxford: Clarendon Press: 1892), vol. 1. 54. K. W. Wagner, Arch Elektrotech., 2: 371 (1914). 55. S. S. Dukhin and V. N. Shilov, Dielectric Phenomena and Double Layer in Dispersed Systems and Polyelectrolytes (New York: John Wiley and Sons: 1974). 56. V. A. Murtsovkin, Experiment. Colloid J., 3: 354 (1987). 57. B. V. Derjaguin and S. S. Dukhin, Colloid J., 46, No. 4: 645 (1984). 58. B. V. Derjaguin, S. S. Dukhin, and A. V. Listovnichiy, Colloid J., 47, No. 3: 480 (1985). 59. J. L. Anderson and D. S. Prieve, Langmuir, 7: 403 (1991). 60. J. Lyklema, Fundamental of Interface and Colloid Science (London–New York: Academic Press: 1995–2000), vols. 1–3. 61. B. Alberts, J. Lewis, A. Johnson, M. Raff, K. Roberts, and P. Walters, Molecular Biology of Cells (4 th edition) (New York: Garland Science: 2002). 62. P. Mitchell, J. Theor. Biol., 62: 327 (1976). 63. V. N. Shilov and Z. R. Ul’berg, Kolloidnyi Zhurn., 76, No. 5: (2014) (in Russian). 64. R. Lévy, U. Shaheen, Y. Cesbron, and V. Sée, Nano Reviews, 1: 10.3402/nano.v1i0.4889 (2010). 65. A. I. Omel’chenko, Visnik Ugors’kogo Derzhavnogo Universitetu, 2, No. 21: 40 (2011). 66. E. E. Connor, J. Mwamuka, A. Gole, C. J. Murphy, and M. D. Wyatt, Small, 1: 325 (2005). 67. J. R. Morones, J. Elechiguerra, A. Camacho, K. Holt, J. B. Kouri, and J. T. Ramirez, Nanotechnology, 16, No. 10: 2346 (2005). 68. G. J. Doherty and H. T. McMahon, Ann. Rev. Biochem., 78: 857 (2009). 69. S. D. Conner and S. L. Schmid, Nature, 422: 37 (2003). 70. Y. Zhou, R. E. Cui, and C. X. Deng, Ultrasound Med. Biol., 35: 1756 (2009). 71. K. Otani, K. Yamahara, S. Ohnishi, H. Kitamura, and N. Nagaya, Control Release, 9: 146 (2009). 72. E. Tekle, R. Astimian, and P. B. Chock, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88: 4230 (1991). 450 З. Р. УЛЬБЕРГ, Т. Г. ГРУЗИÍА, А. С. ДУХИÍ 73. B. V. Derjaguin, Zhurn. Fiz. Khimii, 6, No. 10: 1306 (1935) (in Russian). 74. H. Ti Tien, Bilayer Lipid Membranes (BLM): Theory and Practice (1 st edition) (New York: Marcel Dekker, Ink.: 1974), ch. 6–7. 75. I. G. Abidor, V. V. Arakeljan, and V. F. Pastushenko, Doklady AN SSSR, 240, No. 3: 1306 (1978) (in Russian).

Схожі ресурси