Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок
Предмет и цель работы. Исследованы взаимосвязи структурного и агрегационного состояния биополимеров с количественными характеристиками текстур пленок, образуемых при высушивании растворов биополимеров. Предмет і мета роботи. Досліджено взаємозв’язок структурного і агрегаційного стану біополімерів з...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Радіофізика та електроніка |
|---|---|
| Дата: | 2019 |
| Автори: | , , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167792 |
| 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: | Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок / Д.М. Глибицкий, О.А. Горобченко, О.Т. Николов, Т.А. Чейпеш, Т.Н. Джимиева, И.С. Зайцева, А.Д. Рошаль, А.М. Зибаров, А.В. Шестопалова, М.А. Семенов, Г.М. Глибицкий // Радіофізика та електроніка. — 2019. — Т. 24, № 1. — С. 58-68. — Бібліогр.: 47 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860203298435366912 |
|---|---|
| author | Глибицкий, Д.М. Горобченко, О.А. Николов, О.Т. Чейпеш, Т.А. Джимиева, Т.Н. Зайцева, И.С. Рошаль, А.Д. Зибаров, А.М. Шестопалова, А.В. Семенов, М.А. Глибицкий, Г.М. |
| author_facet | Глибицкий, Д.М. Горобченко, О.А. Николов, О.Т. Чейпеш, Т.А. Джимиева, Т.Н. Зайцева, И.С. Рошаль, А.Д. Зибаров, А.М. Шестопалова, А.В. Семенов, М.А. Глибицкий, Г.М. |
| citation_txt | Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок / Д.М. Глибицкий, О.А. Горобченко, О.Т. Николов, Т.А. Чейпеш, Т.Н. Джимиева, И.С. Зайцева, А.Д. Рошаль, А.М. Зибаров, А.В. Шестопалова, М.А. Семенов, Г.М. Глибицкий // Радіофізика та електроніка. — 2019. — Т. 24, № 1. — С. 58-68. — Бібліогр.: 47 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радіофізика та електроніка |
| description | Предмет и цель работы. Исследованы взаимосвязи структурного и агрегационного состояния биополимеров с количественными характеристиками текстур пленок, образуемых при высушивании растворов биополимеров.
Предмет і мета роботи. Досліджено взаємозв’язок структурного і агрегаційного стану біополімерів з кількісними характеристиками текстур плівок, що утворені шляхом висушування розчинів біополімерів.
Subject and purpose. In this paper, we studied the relationship of the structural and aggregation state of biopolymers with the quantitative characteristics of the textures of the films formed during the drying of biopolymer solutions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:11:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
58 ISSN 1028-821X. Radiofi z. Electron. 2019. Vol. 24, No. 1
ПРИКЛАДНА
РАДІОФІЗИКА
РРФФЕЕ
ISSN 1028-821X. Radiofi z. Electron. 2019. Vol. 24, No. 1: 58–68
DOI: https://10.15407/rej2019.01.058
УДК 577.32+544.023.26+004.932.2
PACS: 68.55.J-, 68.55.jm, 87.15.nr, 87.15.nt, 87.64.M
Д. М. Глибицкий 1, О. А. Горобченко 2, О. Т. Николов 2,
Т. А. Чейпеш 2, Т. Н. Джимиева 2, И. С. Зайцева 2,3, А. Д. Рошаль 4,
А. М. Зибаров 2, А. В. Шестопалова 1, М. А. Семенов 1, Г. М. Глибицкий 1
1 Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: dima.glib@gmail.com
2 Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
4, пл. Свободы, Харьков, 61022, Украина
3 Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А. Н. Бекетова
17, ул. Маршала Бажанова, Харьков, 61002, Украина
4 НИИ химии, Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
4, пл. Свободы, Харьков, 61022, Украина
Метод оценки влияния химических и физических факторов
на биополимеры по текстурам их пленок
Предмет и цель работы. Исследованы взаимосвязи структурного и агрегационного состояния биополимеров с
количественными характеристиками текстур пленок, образуемых при высушивании растворов биополимеров.
Методы и методология работы. Структурные изменения биополимера определялись методами инфракрасной,
ультрафиолетовой и флуоресцентной спектроскопии; размеры и поверхностный потенциал частиц биополимера
определялись методом динамического светорассеяния; состояние водного окружения – методом СВЧ-диэлектрометрии.
Для получения пленок солевые растворы Na-ДНК тимуса теленка, бычьего сывороточного альбумина (БСА) или
сывороточного альбумина человека (САЧ) высушивались в стеклянной кювете в термостатируемых условиях.
Для численного моделирования текстур использовались относительная площадь, фрактальная размерность и ха-
рактеристики зигзагоподобных паттернов.
Результаты работы. Приведен мини-обзор результатов, полученных в ходе разработки метода оценки влияния
биологически активных веществ (неорганических и органических) и физических факторов (температуры и гамма-
облучения) на биополимеры по изменениям параметров текстур. Показано, что формирование зигзагоподобных
структур чувствительно к структурному и агрегационному влиянию биологически активных веществ и физических
факторов, а также критично к наличию хлорид-ионов.
Заключение. Предложен метод оценки влияния соответствующих факторов по изменениям параметров текстур.
Представленные результаты проясняют роль биополимера, а также катионов и анионов соли в формировании текстур
(в частности, зигзагоподобных структур) на поверхности пленок, и показывают связь структурных изменений и
агрегации биополимера с количественными характеристиками зигзагоподобных паттернов. Ил. 1. Библиогр.: 47 назв.
Ключевые слова: водно-солевой раствор, ДНК, бычий сывороточный альбумин, биополимер, текстура, зигзагоподоб-
ный паттерн.
Известно, что структура твердой фазы пленок,
образованных в результате высыхания рас-
творов биополимеров и биологических жид-
костей, характеризует взаимодействие меж-
ду веществами в растворе [1, 2]. Паттерны на
поверхности таких пленок отражают характер
патологических процессов, протекающих в ор-
ганизме, и влияние различных физико-химиче-
ских факторов. Анализ текстур пленок приме-
няется в молекулярной биологии [3, 4], скри-
нинге лекарств [5], диагностике заболеваний
[6–9], для оценки качества сельхозпродукции
[10–13] и может служить базой для разработки
экспресс-диагностических систем [14–16].
ISSN 1028-821X. Радіофізика та електроніка. 2019. Том 24, № 1 59
Метод оценки влияния химических и физических факторов...
Природа структур, получаемых при высу-
шивании солевых растворов биополимеров
(белков, ДНК, полисахаридов), не имеет од-
нозначной интерпретации. Так, в работе [17]
предполагается, что эти структуры состоят из
комплексов, содержащих соль, воду и биопо-
лимер в кристаллическом состоянии; в рабо-
те [18] обосновывается индуцированная со-
лью «самосборка» молекул белков в структуры
на пленке; в работах [19–20] аргументируется
солевая природа кристаллических структур.
Согласно теоретическим моделям, характер
формируемых текстур, в основном, определя-
ется динамикой течений, диффузией частиц и
стабильностью коллоидной системы [21, 22]. В
частности, одной из разновидностей подобных
структур являются зигзагообразные (Z) паттер-
ны, которые формируются в результате кри-
сталлизации при анизотропных условиях [23].
С другой стороны, в упомянутых публикаци-
ях недостаточно освещена взаимосвязь между
влиянием различных факторов (биологически
активные вещества, физические воздействия)
на биополимеры в растворе и изменениями
текстур (в частности, Z-паттернов) на пленке.
Также не исследовались особенности высуши-
вания пленок для случая кюветы, заполненной
раствором.
В данной работе представлены результаты
исследований, проведенных за 10 лет в отделе
биофизики Института радиофизики и электро-
ники им. А. Я. Усикова НАН Украины в сотруд-
ничестве с кафедрой молекулярной и медицин-
ской биофизики, химическим факультетом и
НИИ химии Харьковского национального уни-
верситета имени В. Н. Каразина. Авторы изу-
чали взаимосвязь между влиянием химических
и физических факторов на состояние биополи-
меров в солевых растворах и параметрами тек-
стур, формирующихся на поверхности пленок.
Были проведены исследования как растворов,
так и полученных из них пленок. При исследо-
вании растворов изучалась структура биополи-
меров и ее изменения под влиянием различных
факторов (с помощью методов спектрофотомет-
рии, спектрофлуориметрии, электрофоретичес-
кого и динамического рассеяния света), а так-
же структура растворителя – воды (методом
СВЧ-диэлектрометрии). Структура воды опре-
деляет стабильность белковых растворов [24]
и может изменяться при процессах агрегации/
дезагрегации макромолекул белка и их гидра-
тации [25]. Метод СВЧ-диэлектрометрии дает
возможность проследить за изменением струк-
турного состояния свободной воды в растворе,
а также количества связанной биополимером
воды в результате его структурных изменений.
Эти показатели определяются путем измерения
частоты диэлектрической релаксации молекул
свободной воды на частоте 9,2 ГГц, т. е. в облас-
ти дисперсии молекул воды (область -релак-
сации), а также комплексной диэлектрической
проницаемости растворов, которая изменяет-
ся при изменении количества связанных моле-
кул воды (молекул, не принимающих участия
в процессе диэлектрической релаксации вслед-
ствие связывания с биополимером и ионами).
На основании результатов проведенных ис-
следований был предложен метод оценки влия-
ния соответствующих факторов по изменениям
параметров текстур.
1. Материалы и методы. Разработанный
метод оценки влияния биологически активных
веществ (БАВ) и физических факторов на био-
полимеры предполагает высушивание раствора
биополимера, на который было оказано влия-
ние, фотографирование полученных текстур на
пленке и определение количества Z-паттернов
на фотографиях. Снижение этой величины ха-
рактеризует степень влияния БАВ или физиче-
ского фактора на биополимер в растворе [26].
Для получения пленок использовались соле-
вые растворы Na-ДНК тимуса теленка (Serva,
Германия; 10 ммоль/л NaCl, 0,2 мг/мл ДНК),
солевые растворы бычьего сывороточного аль-
бумина (БСА) или сывороточного альбумина
человека (САЧ) (DiaM, США; 20 ммоль/л NaCl,
0,5 мг/мл БСА или САЧ) в дистиллированной
воде.
Для исследования эффекта замены Na+ на K+
и Rb+ использовались растворы 0,5 мг/мл БСА +
+ 20 ммоль/л KCl, 0,5 мг/мл БСА + 20 ммоль/л
RbCl.
Для исследования эффекта замены Cl– на Br–
и F– использовались растворы: 0,5 мг/мл БСА +
+ (20 – X) ммоль/л NaCl + X ммоль/л NaBr или
NaF, где X – концентрация заменяющего иона.
Для исследования эффекта добавления ионов
мультивалентных металлов использовались
растворы: 0,2 мг/мл ДНК + 10 ммоль/л NaCl +
60 ISSN 1028-821X. Radiofi z. Electron. 2019. Vol. 24, No. 1
Д. М. Глибицкий, О. А. Горобченко, О. Т. Николов и др.
+ 0,4 ммоль/л ZnCl2; 0,2 мг/мл ДНК + 10 ммоль/л
NaCl + 0,2 ммоль/л CuCl2; 0,5 мг/мл БСА +
+ 20 ммоль/л NaCl + 0,05 мМ CuCl2; 0,5 мг/мл
БСА + 20 ммоль/л NaCl + 0,025…0,4 ммоль/л
FeCl3; 0,5 мг/мл БСА + 20 ммоль/л NaCl +
+ 0,025…0,8 ммоль/л AlCl3.
Измерения методом микроволновой диэлек-
трометрии [27] проводились с использовани-
ем СВЧ-диэлектрометра резонаторного типа
на частоте 9,2 ГГц с типом колебаний Н01n (ци-
линдрический резонатор). Растворы для СВЧ-
измерений были приготовлены с увеличенной
концентрацией биополимеров и солей (в 20 раз
по сравнению с растворами, используемыми
для приготовления пленок).
Спектры пленок ДНК в ИК-диапазоне
(900…1850 см–1) были получены с помощью
спектрофотометра UR-20 (Carl Zeiss Jena,
Германия) с применением призмы NaCl. Для
получения спектров поглощения (240…450 нм)
и спектров флуоресценции (290…460 нм, воз-
буждение на длине волны 280 нм) были ис-
пользованы спектрофотометр Hitachi U2310 и
спектрофлуориметр Hitachi 850 (Hitachi Ltd,
Япония).
Для определения -потенциала и размера
частиц в растворе применялись методы элек-
трофоретического и динамического рассеяния
света (ДРС) на длине волны 633 нм (анализа-
тор размера частиц Zetasizer Nano ZS, Malvern
Instruments, Великобритания). Измерения рН
проводились с помощью рН-метра pH-150МИ
(ООО «Измерительная техника», Россия).
Пленки были получены путем высушивания
0,5 мл раствора в стеклянной кювете размером
20 20 1 мм3 в течение 3 часов (при темпе-
ратуре 40 0,5 °C, давлении 0,5 0,1 атм. и от-
носительной влажности 5 3 %).
Фотографирование пленок в масштабе 1:1
проводилось фотоаппаратом «Зенит-3М» при
10-кратном увеличении фрагментов пленок с
помощью оснащенного веб-камерой микроско-
па (Meopta-Optika, Чехия). Для количественной
оценки текстур пленок использовались следу-
ющие величины: площадь, занимаемая текс-
турами (по отношению к площади кюветы)
[28], фрактальная размерность Минковского
Булинганда [29], определяемая методом под-
счета квадратов [30], а также параметры Z-пат-
тернов (см. рисунок), расчет которых выполнял-
ся по методике, описанной в работах [31, 32]. На
основании статистического анализа были вы-
делены три наиболее информативные по отно-
шению к исследуемым факторам характеристи-
ки: удельная длина (Lspecifi c) [31], средняя длина
(Lmean) [32] и суммарное количество (Lcount) [32]
сегментов Z-паттернов.
2. Результаты и обсуждение
2.1. Моделирование испарения раствора.
Ввиду особенностей используемого способа
получения пленок (квадратная кювета, пол-
а б
Вид Z-паттернов на пленках, полученных из раствора 0,5 мг/мл БСА и 20 ммоль/л NaCl. Централь-
ная (а) и периферийная (б) части
ISSN 1028-821X. Радіофізика та електроніка. 2019. Том 24, № 1 61
Метод оценки влияния химических и физических факторов...
ностью заполненная раствором), рассматри-
ваемые в литературе модели испарения круг-
лой капли не применимы к данному случаю.
Методами численной гидродинамики и сме-
щенного случайного блуждания было проведе-
но численное моделирование перераспределе-
ния частиц при испарении раствора из квадрат-
ной кюветы [33, 34].
Результаты моделирования указывают на
корреляцию между текстурами и распределе-
нием биополимера по пленке, а также между
Z-паттернами и зонами с высокой скоростью
высыхания.
2.2. Влияние буферных растворов на тек-
стуры пленок и роль ионов Na+, Cl–. Важным
вопросом является влияние на текстуры ком-
понентов буферных растворов, обычно при-
меняемых при исследованиях ДНК. Основные
компоненты стандартного буферного раство-
ра – 10 ммоль/л трис(гидроксиметил)аминоме-
тана (Трис) и 1 ммоль/л этилендиаминтетраук-
сусной кислоты (EDTA).
Пленки были приготовлены из растворов
0,2 мг/мл Na-ДНК тимуса теленка с 10 ммоль/л
NaCl (контроль), а также при добавлении к
контрольному раствору: 10 ммоль/л Трис (А),
1 ммоль/л EDTA (Б), 10 ммоль/л Трис и
1 ммоль/л EDTA (В). В работе [35] было опре-
делено, что на пленках, полученных из рас-
творов А и Б, текстуры не формируются, а на
пленках, полученных из раствора В, формиру-
ются текстуры типа «сферолит», полностью
проявляющиеся при относительной влажно-
сти 60 % и температуре 22 С через 40…50 ч
после высушивания.
В рамках исследования влияния изменения
ионного состава раствора было обнаружено, что
замена натрия на калий или рубидий не препят-
ствует формированию Z-паттернов на пленках
ДНК или белка. При этом площадь текстур ДНК
уменьшается, что может быть связано с увели-
чением массы или размера иона в ряду Na+, K+,
Rb+ [36].
Было определено, что замена анионов Cl– на
F– и Br– в растворах белка препятствует фор-
мированию Z-структур [31, 37, 38]. Этот факт
свидетельствует о высокой специфичности об-
разования такого типа паттернов к физическим
свойствам анионов. В частности, при замене
40 % Cl– на Br– уменьшается количество сег-
ментов Z-паттернов (Lcount), а в случае F– умень-
шается средняя длина сегментов (Lmean).
По данным УФ-спектроскопии, интенсив-
ность полосы поглощения при 280 нм для
растворов, содержащих анионы F– или Br–, воз-
растает на (8 2) %, а интенсивность флуорес-
ценции снижается на (54 9) % по сравнению
с растворами, содержащими Cl–. Очевидно, та-
кие изменения текстур вызваны структурными
перестройками молекул белка. Одним из воз-
можных объяснений полученных результатов
может быть изменение дисперсности размеров
белка, что влияет на его кристаллизационные
свойства.
Результаты измерения диэлектрических
свойств растворов, полученные методом СВЧ-
диэлектрометрии, показали, что NaCl связыва-
ет 12,6 молекул воды, а NaF и NaBr – 10,5 и 11,8
молекул воды соответственно [31]. Частота ди-
электрической релаксации молекул свободной
воды в растворах солей меньше, чем в чистой
воде. Это указывает на то, что ионы уменьша-
ют подвижность молекул свободной воды в
растворах. В ряду F–, Cl–, Br– подвижность сво-
бодных молекул воды возрастает, что согла-
суется с размером и поверхностным зарядом
ионов. Разница в молекулярной подвижности
свободной воды обусловлена разным средним
числом водородных связей на молекулу воды
при данной температуре [31].
Большее по сравнению с другими солями
число гидратации NaCl связано с наибольшим
количеством связанной воды в этом образце,
что может играть ключевую роль в формирова-
нии текстур. После испарения свободной воды
образцы с различными солями будут содер-
жать различные количества связанной воды.
Молекулы и ионы БСА конкурируют за эту
воду, причем характер этой конкуренции зави-
сит от количества связанной воды в системе.
Это, в свою очередь, будет определять природу
электростатических взаимодействий в системе
и характер взаимодействия между ее компо-
нентами. В конечном счете эти взаимодействия
проявляются на макроуровне в виде различных
типов текстур, образующихся на поверхности
высушенных пленок [31].
Важно отметить, что высушивание раствора
20 ммоль/л NaCl в отсутствие биополимеров
не приводит к образованию зигзагоподобных
62 ISSN 1028-821X. Radiofi z. Electron. 2019. Vol. 24, No. 1
Д. М. Глибицкий, О. А. Горобченко, О. Т. Николов и др.
структур [31]. Очевидно, биополимеры прини-
мают непосредственное участие в их форми-
ровании.
На основании результатов проведенных экс-
периментов и литературных данных [17, 18]
можно предположить, что пленки, формирую-
щиеся при высыхании солевого раствора био-
полимера, состоят из комплексов «биополи-
мер−вода−соль». В данном контексте тексту-
ры – это неоднородности пленки, возникаю-
щие в результате роста кристаллических или
агрегационных структур. Z-паттерны являют-
ся одной из разновидностей таких кристалли-
ческих структур, поэтому степень однород-
ности (монодисперсности) биополимера яв-
ляется важным условием для их образования.
Соответственно, структурные изменения био-
полимера, наряду с фрагментацией (например,
при воздействии ионизирующего облучения) и
агрегацией, будут изменять условия формиро-
вания Z-паттернов.
2.3. Влияние органических и неорганических
примесей на структурное состояние биополи-
меров и текстуры их пленок. Следующий этап
исследования был посвящен изучению влия-
ния биологически активных веществ неорга-
нической и органической природы на тексту-
ры пленок. В частности, были проанализирова-
ны изменения состояния ДНК и белка, а также
численных характеристик текстур при добав-
лении ионов металлов и органического соеди-
нения флавинмононуклеотид.
Исследование влияния ионов и наночастиц
серебра (НЧС) на структуру ДНК и тексту-
ры пленок ДНК показало [39], что растворы с
НЧС или с AgNO3 формируют текстуры, пло-
щадь которых вдвое меньше, чем для контроль-
ных образцов. Увеличение УФ-поглощения на
длине волны 260 нм при повышении кон-
центрации НЧС и ионов серебра указывает на
разрушение спиральной структуры ДНК. Этот
вывод подтверждается также ИК-спектрами
пленок ДНК с НЧС, полученными при отно-
сительной влажности 92 %: дезоксирибозная
полоса (1 053 см–1) и полоса азотистых осно-
ваний (1 712 см–1) отсутствуют, тогда как по-
лоса антисимметричных колебаний фосфатов
(1 224 см–1) сместилась на 10 см–1. Это позво-
ляет предположить, что уменьшение площади
текстур связано с уменьшением способности
поврежденных молекул ДНК к кристаллизации
вследствие их неоднородности.
При добавлении 0,4 ммоль/л ZnCl2 или
0,2 ммоль/л CuCl2 к растворам ДНК [36]
Z-паттерны не образовались. Значения фрак-
тальной размерности текстур не отличались
от контрольных образцов, при этом в присут-
ствии Zn2+ наблюдалось уменьшение площади
текстур.
В пленках, полученных из растворов 0,5 мг/мл
БСА с 20 ммоль/л NaCl и содержащих приме-
си 0,05 и 0,1 ммоль/л FeCl3 или 0,05 ммоль/л
CuCl2 [26], было обнаружено, что Z-паттерны
формируются на расстоянии 3…7 мм от кра-
ев кюветы, а фрактальная размерность тек-
стур снижается на краях кюветы для пленок с
0,05 ммоль/л FeCl3. Показано также, что удель-
ная длина Z-паттернов является параметром,
более чувствительным к добавлению в раствор
FeCl3, чем фрактальная размерность и относи-
тельная площадь текстур.
Добавление FeCl3 к растворам БСА пока-
зало, что количество сегментов Z-паттернов
снижается и становится близким к нулю при
0,4 ммоль/л Fe3+ [40, 41]. С помощью метода
ДРС [41] выявлено, что частицы белка диамет-
ром 9…10 нм преобладают при концентраци-
ях Fe3+ в диапазоне от 0 до 0,05 ммоль/л. При
этом в растворах, содержащих Fe3+, фиксирует-
ся меньший по абсолютной величине -потен-
циал частиц белка по сравнению с контроль-
ным раствором.
Добавление AlCl3 приводит к росту интен-
сивности флуоресценции и уменьшению аб-
солютного значения -потенциала, при этом
количество сегментов Z-паттернов снижается
и становится близким к нулю при 0,7 ммоль/л
Al3+ [42].
Уменьшение заряда частиц белка обусловле-
но экранированием электролитом их поверх-
ностного потенциала. Кроме того, в растворах
FeCl3 и AlCl3, вследствие гидролиза, значение
рН снижается на 0,5…2,0 единицы, что вносит
дополнительный вклад в нейтрализацию заря-
да частиц белка.
При исследовании влияния органических
БАВ на примере добавления флавинмонону-
клеотида (ФМН) к раствору БСА [43] было опре-
делено, что количество сегментов Z-паттернов
(Lcount) для 0,01 ммоль/л ФМН находится в ин-
ISSN 1028-821X. Радіофізика та електроніка. 2019. Том 24, № 1 63
Метод оценки влияния химических и физических факторов...
тервале значений контрольных пленок, но
уменьшается до 6 % от среднего значения кон-
трольных пленок при 0,03 ммоль/л ФМН и ста-
новится равным нулю при 0,3 ммоль/л ФМН.
Это, возможно, обусловлено наличием само-
ассоциатов ФМН [44], что создает неоднород-
ность состава раствора и нарушает условия
кристаллизации.
2.4. Влияние температуры и -облучения на
текстуры пленок биополимеров и их струк-
турное состояние. Для исследования влияния
структурных изменений биополимера на фор-
мирование текстур проанализированы измене-
ния текстур пленок, вызванные денатурацией,
фрагментацией и агрегацией белка в результате
температурной обработки и -облучения.
Нагревание растворов (БСА + 20 ммоль/л
NaCl) до 45, 70 и 95 С приводит к уменьше-
нию количества сегментов Z-паттернов [31,
32]. Так, Lcount 37 % по отношению к контролю
при 70 С и Lcount 0 при 95 С (при этом Lmean
остается на уровне контрольных значений).
Значение фрактальной размерности снижается
практически на 50 % при температуре 45 °C, а
при температурах 70 С и 95 С не выходит за
пределы доверительного интервала. Вероятно,
это связано с образованием других типов пат-
тернов на пленках.
При термической денатурации белка ин-
тенсивность флуоресценции на длине волны
345 нм снижалась по сравнению с контроль-
ным раствором на 72 % при 70 C и на 65 % при
95 C. Это подтверждает гипотезу о том, что
Z-паттерны формируются в результате кристал-
лизации биополимеров, так как условия для та-
кого процесса ухудшаются с ростом агрегации
(при увеличении дисперсности частиц).
Было исследовано влияние -облучения рас-
творов белков (от 0,16 Гр до 12 кГр) на фор-
мирование Z-паттернов [45, 46]. Спектры флу-
оресценции и УФ-поглощения показали нару-
шение структуры БСА. Среднее значение диа-
метра частиц БСА увеличивается в диапазоне
доз облучения от 1 до 200 Гр (9 3 нм) и при
2 кГр (13 4 нм) по сравнению с контрольным
раствором (8 2 нм); при 12 кГр дисперсность
частиц в растворе выходит за пределы возмож-
ности измерения методом ДРС.
Статистический анализ распределений удель-
ной плотности (Lspecifi c) Z-паттернов показал [47],
что при уровне значимости 0,05 дозы облуче-
ния по их влиянию на изменение текстур мож-
но разделить на три группы:
• неповрежденный белок (контрольный обра-
зец и облученный дозой 0,16 Гр);
• поврежденный белок (облученный дозами
от 1 до 2 000 Гр), Lspecifi c в среднем ниже кон-
трольных значений;
• полностью разрушенный белок (облученный
дозой 12 000 Гр), Z-паттерны практически от-
сутствуют.
Возможно, этот эффект связан с дисперснос-
тью БСА, которая не изменяется при частич-
ных структурных изменениях и фрагментации.
Действие большинства из рассмотренных
факторов уменьшает количество сегментов
Z-паттернов, но в некоторых случаях сказы-
вается на средней длине сегментов, площади
текстур и фрактальной размерности текстур.
Рассмотренный в статье метод оценки влияния
химических и физических факторов на био-
полимеры может быть использован для экс-
пресс-диагностики влияния БАВ и физических
факторов при условии автоматизации микро-
скопического сканирования пленок и анализа
изображений.
Выводы. В представленной работе обобще-
ны результаты, которые были получены в ходе
систематического изучения связи изменений
состояния биополимера в растворе при хими-
ческих и физических воздействиях с количе-
ственными характеристиками текстур полу-
ченных пленок.
Представленные результаты проясняют роль
биополимера, а также катионов и анионов со-
ли в формировании текстур (в частности, Z-пат-
тернов) на поверхности пленок, и показыва-
ют связь структурных изменений и агрегации
биополимера с количественными характери-
стиками зигзагоподобных паттернов.
Важным аспектом проведенной работы явля-
ется учет наличия и количества специфических
классов паттернов (зигзагоподобных структур)
на пленках, чему не уделялось достаточного
внимания в имеющейся литературе.
Этот обзор дает обобщенное представление
относительно области применимости метода
оценки влияния химических и физических
факторов на биополимеры. Так как текстуры
реагируют, в основном, на денатурацию и агре-
64 ISSN 1028-821X. Radiofi z. Electron. 2019. Vol. 24, No. 1
Д. М. Глибицкий, О. А. Горобченко, О. Т. Николов и др.
гацию биополимера, подобная методика может
быть интересна для предварительного анали-
за эффектов медицинских препаратов и других
факторов на базе стандартного лабораторного
оборудования (микроскоп, сушильная камера,
компьютер).
Перспективными направлениями дальней-
ших исследований в данной области являются
автоматизация получения и анализа микрофо-
тографий пленок, определение эффектов раз-
личных геометрий кюветы, а также изучение
влияния на формирование текстур более широ-
кого круга БАВ и физических факторов.
Авторы багодарны профессору, доктору
физ.-мат. наук, лауреату Государственной
премии В. Я. Малееву за поддержку и интерес
к работе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Яхно Т. А., Казаков В. В., Санина О. А., Санин А. Г., Яхно В. Г. Капли биологических жидкостей, высыхающие на
твердой подложке: динамика морфологии, массы, температуры и механических свойств. Журн. техн. физики. 2010.
Т. 80, № 7. С. 17–23.
2. Рапис Е. Г. Изменение физической фазы неравновесной пленки комплекса белков плазмы крови у больных с
карциномой. Журн. техн. физики. 2002. Т. 72, № 4. С. 139–142.
3. Gorza F. D. S., Pedro G. C., Trescher T. F., da Silva R. J., Silva J. R., de Souza N. C. Morphological analysis and
interaction of chlorophyll and BSA. BioMed. Res. Intern. 2014. Vol. 2014, Article ID 872701 (6 p.). DOI: http://dx.doi.
org/10.1155/2014/872701.
4. Dugas V., Broutin J., Souteyrand E. Droplet evaporation study applied to DNA chip manufacturing. Langmuir. 2005. Vol. 21,
N 20. P. 9130–9136. DOI: 10.1021/la050764y.
5. Takhistov P., Chang H. C. Complex stain morphologies. Ind. Eng. Chem. Res. 2002. Vol. 41, N 25. P. 6256–6269. DOI:
10.1021/ie010788+.
6. Brutin D., Sobac D., Loquet B., Sampol J. Pattern formation in drying drops of blood. J. Fluid Mech. 2011. Vol. 667. P. 85–95.
DOI: htts://doi.org/10.1017/S0022112010005070.
7. Killeen A. A., Ossina N., McGlennen R. C., Minnerath S., Borgos J., Alexandrov V., Sarvazyan A. Protein self-organization
patterns in dried serum reveal changes in B-cell disorders. Mol. Diagn. Ther. 2006. Vol. 10, N 6. P. 371–380. DOI: https://
doi.org/10.1007/BF03256214.
8. Chen R., Zhang L., Zang D., Shen W. Blood drop patterns: formation and applications. Adv. Colloid Interface Sci. 2016.
Vol. 231. P. 1–14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2016.01.008.
9. Sikarwar B. S., Roy M., Ranjan P., Goyal A. Automatic pattern recognition for detection of disease from blood drop stain
obtained with microfl uidic device. Advances in Signal Processing and Intelligent Recognition Systems: proc. 2nd Int. Symp.
Signal Processing and Intelligent Recognition Systems (SIRS-2015) (16–19 Dec. 2015, Trivandrum, India). P. 655–667.
DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-28658-7_56.
10. Kokornaczyk M. O., Dinelli G., Marotti I., Benedettelli S., Nani D., Betti L. Self-organized crystallization patterns from
evaporating droplets of common wheat grain leakages as a potential tool for quality analysis. Sci. World J. 2011. Vol. 11,
N 25. P. 1712–1725. DOI: http://dx.doi.org/10.1100/2011/937149.
11. Andersen J.-O., Henriksen C. B., Laursen J., Nielsen A. A., Computerized image analysis of biocrystallograms originating
from agricultural products. Comput. Electron. Agric. 1999. Vol. 22, N 1. P. 51–69. DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-
1699(98)00043-X.
12. Busscher N., Kahl J., Andersen J.-O., Huber M., Mergardt G., Doesburg P., Paulsen M., Ploeger A. Standardization of the
biocrystallization method for carrot samples. Biol. Agric. Hortic. 2010. Vol. 27, N 1. P. 1–23. DOI: https://doi.org/10.1080/0
1448765.2010.10510427.
13. Kim N., Li Z., Hurth C., Zenhausern F., Chang S.-F., Attinger D. Identifi cation of fl uid and substrate chemistry based
on automatic pattern recognition of stains. Anal. Methods. 2012. Vol. 4, N 1. P. 50–57. DOI: https://doi.org/10.1039/
C1AY05338H.
14. Компанец О. Н., Евдокимов Ю. М. Оптические биосенсоры генотоксикантов на основе наноконструкций
ДНК и портативных дихрометров. Успехи физ. наук. 2009. Т. 179, № 3. С. 329–334. DOI: https://doi.org/10.3367/
UFNr.0179.200903o.0329.
15. Koopmans R. J., Aggeli A. Nanobiotechnology – quo vadis? Curr. Opin. Microbiol. 2010. Vol. 13, N 3. P. 327–334. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.mib.2010.01.012.
16. Capitá n-Vallvey L. F., Palma A. J. Recent developments in handheld and portable optosensing — a review. Anal. Chim. Acta.
2011. Vol. 696, N 1–2. P. 27–46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2011.04.005.
17. Mayeres C. H., Lee S. A., Pinnick D. A., Carter B. J., Kim J. A study of Na-DNA fi lms containing NaCl via scanning electron
and tunneling microscopies. Biopolymers. 1995. Vol. 36, N 5. P. 669–673. DOI: https://doi.org/10.1002/bip.360360512.
18. Chen G., Mohamed G. J. Complex protein patterns formation via salt-induced self-assembly and droplet evaporation. Eur.
Phys. J. E. 2010. Vol. 33, N 1. P. 19–26. DOI: https://doi.org/10.1140/epje/i2010-10649-4.
ISSN 1028-821X. Радіофізика та електроніка. 2019. Том 24, № 1 65
Метод оценки влияния химических и физических факторов...
19. Yakhno T. A. Complex pattern formation in sessile droplets of protein-salt solutions with low protein content. What substance
fabricates these patterns? Phys. Chem. 2011. Vol. 1, N 1. P. 10–13. DOI: https://doi.org/10.5923/j.pc.20110101.02.
20. Yakhno T. A. Sodium chloride crystallization from drying drops of albumin-salt solutions with diff erent albumin
concentrations. Tech. Phys. 2015. Vol. 60, N 11. P. 30–37. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784215110262.
21. Zhong X., Crivoi A., Duan F. Sessile nanofl uid droplet drying. Adv. Colloid Interface Sci. 2015. Vol. 217. P. 13–30. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cis.2014.12.003.
22. Sommer A. P., Ben-Moshe M., Magdassi S. Size-discriminative self-assembly of nanospheres in evaporating drops. J. Phys.
Chem. B. 2004. Vol. 108, N 1. P. 8–10. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/jp0363747.
23. Raz E., Lipson S. G., Ben-Jacob E. New periodic morphologies observed during dendritic growth of ammonium chloride
crystals in thin layers. J. Cryst. Growth. 1991. Vol. 108, N 3. P. 637–646. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-0248(91)90243-X.
24. Rozhkov S. P., Goryunov A. S. Thermodynamic study of protein phases formation and clustering in model water-protein-salt
solutions. Biophys. Chem. 2010. Vol. 151, N 1–2. P. 22–28. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bpc.2010.04.007.
25. Rozhkov S. P., Goryunov A. S. Eff ects of inorganic salts on the structural heterogeneity of serum albumin solutions. Eur.
Biophys. J. 2000. Vol. 28, N 8. P. 639–647. DOI: https://doi.org/10.1007/s002490050004.
26. Glibitskiy D. M., Glibitskiy G. M., Semenov M. A., Shestopalova A. V. Textures of BSA fi lms with iron and copper ions.
Biophys. Bull. 2016. Vol. 35, N 1. P. 21–27. DOI: https://doi.org/10.26565/2075-3810-2016-35-03.
27. Hackl E. V., Gatash S. V., Nikolov O. T. Using UHF-dielectrometry to study protein structural transitions. J. Biochem.
Biophys. Methods. 2005. Vol. 63, N 2. P. 137–148. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbbm.2005.04.002.
28. Glibitskiy G. M. Na-DNA fi lms with ions of metals. Biophys. Bull. 2008. Vol. 21, N 2. P. 29–34.
29. Mandelbrot B. The Fractal Geometry of Nature. New York: W. H. Freeman and Co., 1982. 468 p.
30. Smith T. G. (Jr.), Lange G. D., Marks W. B. Fractal methods and results in cellular morphology – dimensions, lacunarity and
multifractals. J. Neurosci. Methods. 1996. Vol. 69, N 2. P. 123–136. DOI: https://doi.org/10.1016/S0165-0270(96)00080-5.
31. Glibitskiy G. M., Glibitskiy D. M., Gorobchenko O. A., Nikolov O. T., Roshal A. D., Semenov M. A., Gasan A. I. Textures
on the surface of BSA fi lms with diff erent concentrations of sodium halides and water state in solution. Nanoscale Res. Lett.
2015. Vol. 10, N 1. Article ID 155. DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-015-0860-0.
32. Glibitskiy D. M., Gorobchenko O. A., Nikolov O. T., Shestopalova A. V., Semenov M. A. Characterization of zigzag patterns
on the surface of bovine serum albumin fi lms. Biophys. Bull. 2017. Vol. 37, N 1. P. 16–29. DOI: https://doi.org/10.26565/2075-
3810-2017-37-03.
33. Glibitskiy D. M. Modeling of protein and salt redistribution during drying of a solution from a square cell. Biophys. Bull.
2018. Vol. 39, N 1. P. 55–74. DOI: http://doi.org/10.26565/2075-3810-2018-39-05.
34. Glibitskiy D. Modeling of particle redistribution in protein-salt solution evaporating from a square cell. 1st Int. Symp.
on Mechanics. Aberdeen, UK, 9–12 July 2018. URL: https://conferences-nscj.co.uk/abstract/fi les/10/abstract/me01_
A0878.pdf.
35. Глибицкий Г. М., Семенов М. А., Глибицкий Д. М. Текстуры пленок Na-DNA, полученные из растворов, содержащих
ТРИС и ЭДТА. Бiофiз. вісн. 2011. Вип. 27, № 2. С. 26–30.
36. Спосіб визначення впливу речовини на біополімери: пат. 110130, Україна: MPK G01N 33/48, G01N 21/956, C09K
19/38 / Г. М. Глибицький, Д. М. Глибицький; Ін-т радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України.
№ а201312123; заявл. 16.10.2013; опубл. 25.11.2015, Бюл. № 22. 9 с.
37. Glibitskiy D. M., Glibitskiy G. M., Gorobchenko O. O., Nikolov O. T., Semenov M. A. Textures of BSA fi lms with sodium
halides. 3rd Int. Research and Practice Conf. “Nanotechnology and nanomaterials” (NANO-2014). Yaremche, Lviv, Ukraine,
23–30 Aug. 2014. P. 538.
38. Glibitskiy G. M., Glibitskiy D. M., Gorobchenko O. A., Nikolov O. T., Roshal A. D., Semenov M. A. Properties of fi lms of
bovine serum albumin with sodium halides. 4th Int. Conf. “Nanobiophysics 2015: Fundamental and Applied Aspects” (NBP-
2015). Kyiv, Ukraine, 1–4 Oct. 2015. P. 44.
39. Glibitskiy G. M., Jelali V. V., Semenov M. O., Roshal A. D., Glibitskiy D. M., Volyanskiy O. Yu., Zegrya G. G. Interaction
of DNA with Silver Nanoparticles. Ukr. J. Phys. 2012. Vol. 57, N 7. P. 695–699.
40. Glibitskiy D. M., Zibarov A. M. Eff ect of Fe(III) on BSA and its fi lm textures. 2nd Int. Young Scientists Forum on Applied
Physics and Engineering (YSF-2017). Kharkiv, Ukraine, 10–16 Oct. 2016. [CD-ROM].
41. Glibitskiy D. M., Gorobchenko O. A., Zibarov A. M., Cheipesh T. A., Nikolov O. T., Roshal A. D., Semenov M. A.,
Glibitskiy G. M. Dynamic light scattering, spectral and zigzag pattern analysis of solutions and fi lms of BSA with FeCl3.
5th Int. Conf. “NANOBIOPHYSICS: Fundamental and Applied Aspects” (NBP-2017). Kharkiv, Ukraine, 2–5 Oct. 2017. P. 60.
42. Glibitskiy D. M., Gorobchenko O. A., Zibarov A. M., Cheipesh T. A., Nikolov O. T., Roshal A. D., Semenov M. A.,
Glibitskiy G. M. Zigzag patterns on the surface of BSA+AlCl3 fi lms. 5th Int. Research and Practice Conf. “Nanotechnology
and Nanomaterials” (NANO-2017). Chernivtsi, Ukraine, 23–26 Aug. 2017. P. 601.
43. Glibitskiy D. M., Gorobchenko О. A., Nikolov O. T., Zibarov A. M., Roshal A. D., Semenov M. A., Glibitskiy G. M.
Eff ect of fl avin mononucleotide on the texture of BSA fi lms. 4th Int. Research and Practice Conf. “Nanotechnology and
nanomaterials” (NANO-2016). Lviv, Ukraine, 24–27 Aug. 2016. P. 132.
44. Bastian M., Sigel H. The self-association of fl avin mononucleotide (FMN2–) as determined by 1H NMR shift measurements.
Biophys. Chem. 1997. Vol. 67, N 1–3. P. 27–34. DOI: https://doi.org/10.1016/S0301-4622(97)00012-4.
45. Glibitskiy D. M., Gorobchenko O. A., Nikolov O. T., Cheipesh T. A., Roshal A. D., Zibarov A. M., Shestopalova A. V.,
Semenov M. A., Glibitskiy G. M. Eff ect of gamma-irradiation of bovine serum albumin solution on the formation of zigzag
fi lm textures. Rad. Phys. Chem. 2018. Vol. 144. P. 231–237. DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.08.019.
66 ISSN 1028-821X. Radiofi z. Electron. 2019. Vol. 24, No. 1
Д. М. Глибицкий, О. А. Горобченко, О. Т. Николов и др.
46. Gorobchenko O. A., Nikolov O. T., Glibitskiy D. M., Roshal A. D., Shestopalova A. V., Semenov M. A., Glibitskiy G. M.
Eff ect of gamma irradiation of protein solution on the formation of fi lm textures. 3rd Int. Research and Practice Conf.
“Nanotechnology and nanomaterials” (NANO-2015). Lviv, Ukraine, 26–29 August 2015. P. 386.
47. Glibitskiy D., Gorobchenko O., Nikolov O., Cheipesh T., Roshal A., Zibarov A., Semenov M., Glibitskiy G. Statistical diff erences
of zigzag patterns on fi lms obtained from gamma irradiated BSA solutions. 1st Int. Symp. Mechanics. Aberdeen, UK, 9–12 July
2018. URL: https://conferences-nscj.co.uk/abstract/fi les/10/abstract/me01_A0877.pdf.
Стаття надійшла 02.10.2018
REFERENCES
1. Yahno, T. A., Kazakov, V. V., Sanin, O. A., Sanin, A. G., Yahno, V. G., 2010. Drops of biological fl uids, drying on a solid
substrate: the dynamics of morphology, mass, temperature and mechanical properties. Zh. Tekh. Fiz., 80(7), pp. 17–23 (in
Russian).
2. Rapis, E. G., 2002. Change of the physical phase of non-equilibrium fi lm of the complex of blood plasma proteins the
patients with carcinoma. Zh. Tekh. Fiz., 72(4), pp. 139–142 (in Russian).
3. Gorza, F. D. S., Pedro, G. C., Trescher, T. F., da Silva, R. J., Silva, J. R., de Souza, N. C., 2014. Morphological
analysis and interaction of chlorophyll and BSA. BioMed. Res. Int. 2014, Article ID 872701 (6 p.). DOI: http://dx.doi.
org/10.1155/2014/872701.
4. Dugas, V., Broutin, J., Souteyrand, E., 2005. Droplet evaporation study applied to DNA chip manufacturing. Langmuir,
21(20), pp. 9130–9136. DOI: 10.1021/la050764y.
5. Takhistov, P., Chang, H. C., 2002. Complex stain morphologies. Ind. Eng. Chem. Res., 41(25), pp. 6256–6269. DOI: 10.1021/
ie010788+.
6. Brutin, D., Sobac, D., Loquet, B., Sampol, J., 2011. Pattern formation in drying drops of blood. J. Fluid Mech., 667, pp. 85–95.
DOI: htts://doi.org/10.1017/S0022112010005070.
7. Killeen, A. A., Ossina, N., McGlennen, R. C., Minnerath, S., Borgos, J., Alexandrov, V., Sarvazyan, A., 2006. Protein self-
organization patterns in dried serum reveal changes in B-cell disorders. Mol. Diagn. Ther., 10(6), pp. 371–380. DOI: https://
doi.org/10.1007/BF03256214.
8. Chen, R., Zhang, L., Zang, D., Shen, W., 2016. Blood drop patterns: formation and applications. Adv. Colloid Interface Sci.,
231, pp. 1–14. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2016.01.008.
9. Sikarwar, B. S., Roy, M., Ranjan, P., Goyal, A., 2015. Automatic pattern recognition for detection of disease from blood
drop stain obtained with microfl uidic device. In: Advances in Signal Processing and Intelligent Recognition Systems: proc.
2nd Int. Symp. Signal Processing and Intelligent Recognition Systems (SIRS-2015). Trivandrum, India, 16–19 Dec. 2015.
pp. 655–667. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-28658-7_56.
10. Kokornaczyk, M. O., Dinelli, G., Marotti, I., Benedettelli, S., Nani, D., Betti, L., 2011. Self-organized crystallization patterns
from evaporating droplets of common wheat grain leakages as a potential tool for quality analysis. Sci. World J. 11(25),
pp. 1712–1725. DOI: http://dx.doi.org/10.1100/2011/937149.
11. Andersen, J.-O., Henriksen, C. B., Laursen, J., Nielsen, A. A., 1999. Computerized image analysis of biocrystallograms
originating from agricultural products. Comput. Electron. Agric. 22(1), pp. 51–69. DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-
1699(98)00043-X.
12. Busscher, N., Kahl, J., Andersen, J.-O., Huber, M., Mergardt, G., Doesburg, P., Paulsen, M., Ploeger, A., 2010. Standardization
of the biocrystallization method for carrot samples. Biol. Agric. Hortic. 27(1), pp. 1–23. DOI: https://doi.org/10.1080/014487
65.2010.10510427.
13. Kim, N., Li, Z., Hurth, C., Zenhausern, F., Chang, S.-F., Attinger, D., 2012. Identifi cation of fl uid and substrate chemistry
based on automatic pattern recognition of stains. Anal. Methods. 4(1), pp. 50–57. DOI: https://doi.org/10.1039/C1AY05338H.
14. Kompanets, O. N., Evdokimov, Yu. M., 2009. Optical biosensors of genotoxicants based on DNA nanoconstructions and portable
dichrometers. Physics-Uspekhi. 179(3), pp. 329–334. (in Russian). DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0179.200903o.0329.
15. Koopmans, R. J., Aggeli, A., 2010. Nanobiotechnology – quo vadis? Curr. Opin. Microbiol. 13(3), pp. 327–334. DOI: https://
doi.org/10.1016/j.mib.2010.01.012.
16. Capitá n-Vallvey, L. F., Palma A. J., 2011. Recent developments in handheld and portable optosensing – a review. Anal. Chim.
Acta, 696(1–2), pp. 27–46. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2011.04.005.
17. Mayeres, C. H., Lee, S. A., Pinnick, D. A., Carter, B. J., Kim, J., 1995. A study of Na-DNA fi lms containing NaCl via scanning
electron and tunneling microscopies. Biopolymers, 36(5), pp. 669–673. DOI: https://doi.org/10.1002/bip.360360512.
18. Chen, G., Mohamed, G. J., 2010. Complex protein patterns formation via salt-induced self-assembly and droplet evaporation.
Eur. Phys. J. E, 33(1), pp. 19–26. DOI: https://doi.org/10.1140/epje/i2010-10649-4.
19. Yakhno, T. A., 2011. Complex pattern formation in sessile droplets of protein-salt solutions with low protein content. What
substance fabricates these patterns? Phys. Chem., 1(1), pp. 10–13. DOI: https://doi.org/10.5923/j.pc.20110101.02.
20. Yakhno, T. A., 2015. Sodium chloride crystallization from drying drops of albumin-salt solutions with diff erent albumin
concentrations. Tech. Phys., 60(11), pp. 30–37. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784215110262.
21. Zhong, X., Crivoi, A., Duan, F., 2015. Sessile nanofl uid droplet drying. Adv. Colloid Interface Sci., 217, pp. 13–30. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.cis.2014.12.003.
22. Sommer, A. P., Ben-Moshe, M., Magdassi, S., 2004. Size-discriminative self-assembly of nanospheres in evaporating drops.
J. Phys. Chem. B, 108(1), pp. 8–10. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/jp0363747.
ISSN 1028-821X. Радіофізика та електроніка. 2019. Том 24, № 1 67
Метод оценки влияния химических и физических факторов...
23. Raz, E., Lipson, S. G., Ben-Jacob, E., 1991. New periodic morphologies observed during dendritic growth of ammonium
chloride crystals in thin layers. J. Cryst. Growth., 108(3), pp. 637–646. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-0248(91)90243-X.
24. Rozhkov, S. P., Goryunov, A. S., 2010. Thermodynamic study of protein phases formation and clustering in model water-
protein-salt solutions. Biophys. Chem., 151(1–2), pp. 22–28. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bpc.2010.04.007.
25. Rozhkov, S. P., Goryunov, A. S., 2000. Eff ects of inorganic salts on the structural heterogeneity of serum albumin solutions.
Eur. Biophys. J., 28(8), pp. 639–647. DOI: https://doi.org/10.1007/s002490050004.
26. Glibitskiy, D. M., Glibitskiy, G. M., Semenov, M. A., Shestopalova, A. V., 2016. Textures of BSA fi lms with iron and copper
ions. Biophys. Bull., 35(1), pp. 21–27. DOI: https://doi.org/10.26565/2075-3810-2016-35-03.
27. Hackl, E. V., Gatash, S. V., Nikolov, O. T., 2005. Using UHF-dielectrometry to study protein structural transitions. J. Biochem.
Biophys. Methods, 63(2), pp. 137–148. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbbm.2005.04.002.
28. Glibitskiy, G. M., 2008. Na-DNA fi lms with ions of metals. Biophys. Bull., 21(2), pp. 29–34.
29. Mandelbrot, B., 1982. The Fractal Geometry of Nature. New York: W. H. Freeman and Co.
30. Smith, T. G. Jr., Lange, G. D., Marks, W. B., 1996. Fractal methods and results in cellular morphology – dimensions,
lacunarity and multifractals. J. Neurosci. Methods, 69(2), pp. 123–136. DOI: https://doi.org/10.1016/S0165-0270(96)00080-5.
31. Glibitskiy, G. M., Glibitskiy, D. M., Gorobchenko, O. A., Nikolov, O. T., Roshal, A. D., Semenov, M. A., Gasan, A. I., 2015.
Textures on the surface of BSA fi lms with diff erent concentrations of sodium halides and water state in solution. Nanoscale
Res. Lett., 10(1), Article ID 155. DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-015-0860-0.
32. Glibitskiy, D. M., Gorobchenko, O. A., Nikolov, O. T., Shestopalova, A. V., Semenov, M. A., 2017. Characterization of zigzag
patterns on the surface of bovine serum albumin fi lms. Biophys. Bull. 37(1), pp. 16–29. DOI: https://doi.org/10.26565/2075-
3810-2017-37-03.
33. Glibitskiy, D. M., 2018. Modeling of protein and salt redistribution during drying of a solution from a square cell. Biophys.
Bull., 39(1), pp. 51–70. DOI: http://doi.org/10.26565/2075-3810-2018-39-05.
34. Glibitskiy, D., 2018. Modeling of particle redistribution in protein-salt solution evaporating from a square cell. In: 1st Int. Symp.
Mechanics. Aberdeen, UK, 9–12 July 2018. Available from: https://conferences-nscj.co.uk/abstract/fi les/10/abstract/me01_
A0878.pdf.
35. Glibitskiy, G. M., Semenov, M. A., Glibitskiy, D. M., 2011. Texture of Na-DNA fi lms received from solution containing Tris
and EDTA. Biophys. Bull., 27(2), pp. 26–30 (in Russian).
36. Glibitskiy, G. M., Glibitskiy, D. M., 2015. A method for determining the infl uence of a substance on biopolymers. Ukraine.
Pat. 110130 (in Ukrainian).
37. Glibitskiy, D. M., Glibitskiy, G. M., Gorobchenko, O. O., Nikolov, O. T., Semenov, M. A., 2014. Textures of BSA fi lms with
sodium halides. In: 3rd Int. Research and Practice Conf. “Nanotechnology and nanomaterials” (NANO-2014). Yaremche,
Lviv, Ukraine, 23–30 Aug. 2014, p. 538.
38. Glibitskiy, G. M., Glibitskiy, D. M., Gorobchenko, O. A., Nikolov, O. T., Roshal, A. D., Semenov, M. A., 2015. Properties
of fi lms of bovine serum albumin with sodium halides. In: 4th Int. Conf. “Nanobiophysics 2015: Fundamental and Applied
Aspects” (NBP-2015). Kyiv, Ukraine, 1–4 Oct. 2015, p. 44.
39. Glibitskiy, G. M., Jelali, V. V., Semenov, M. O., Roshal, A. D., Glibitskiy, D. M., Volyanskiy, O. Yu., Zegrya, G. G., 2012.
Interaction of DNA with Silver Nanoparticles. Ukr. J. Phys., 57(7), pp. 695–699.
40. Glibitskiy, D. M., Zibarov, A. M., 2016. Eff ect of Fe(III) on BSA and its fi lm textures. In: 2nd Int. Young Scientists Forum on
Applied Physics and Engineering (YSF-2017). Kharkiv, Ukraine, 10–16 Oct. 2016. [CD-ROM].
41. Glibitskiy, D. M., Gorobchenko, O. A., Zibarov, A. M., Cheipesh, T. A., Nikolov, O. T., Roshal, A. D., Semenov, M. A.,
Glibitskiy, G. M., 2017. Dynamic light scattering, spectral and zigzag pattern analysis of solutions and fi lms of BSA with
FeCl3. In: 5th Int. Conf. “NANOBIOPHYSICS: Fundamental and Applied Aspects” (NBP-2017). Kharkiv, Ukraine, 2–5 Oct.
2017, p. 60.
42. Glibitskiy, D. M., Gorobchenko, O. A., Zibarov, A. M., Cheipesh, T. A., Nikolov, O. T., Roshal, A. D., Semenov, M. A.,
Glibitskiy, G. M., 2017. Zigzag patterns on the surface of BSA+AlCl3 fi lms. In: 5th Int. Research and Practice Conf.
“Nanotechnology and Nanomaterials” (NANO-2017). Chernivtsi, Ukraine, 23–26 Aug. 2017, p. 601.
43. Glibitskiy, D. M., Gorobchenko, О. A., Nikolov, O. T., Zibarov, A. M., Roshal, A. D., Semenov, M. A., Glibitskiy, G. M.,
2016. Eff ect of fl avin mononucleotide on the texture of BSA fi lms. In: 4th Intern. research and practice conf. “Nanotechnology
and nanomaterials” (NANO-2016). Lviv, Ukraine, 24–27 Aug. 2016, p. 132.
44. Bastian, M., Sigel, H., 1997. The self-association of fl avin mononucleotide (FMN2–) as determined by 1H NMR shift
measurements. Biophys. Chem., 67(1–3), pp. 27–34. DOI: https://doi.org/10.1016/S0301-4622(97)00012-4.
45. Glibitskiy, D. M., Gorobchenko, O. A., Nikolov, O. T., Cheipesh, T. A., Roshal, A. D., Zibarov, A. M., Shestopalova, A. V.,
Semenov, M. A., Glibitskiy, G. M., 2018. Eff ect of gamma-irradiation of bovine serum albumin solution on the formation of
zigzag fi lm textures. Rad. Phys. Chem., 144, pp. 231–237. DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.08.019.
46. Gorobchenko, O. A., Nikolov, O. T., Glibitskiy, D. M., Roshal, A. D., Shestopalova, A. V., Semenov, M. A., Glibitskiy, G. M.,
2015. Eff ect of gamma irradiation of protein solution on the formation of fi lm textures. In: 3rd Int. Research and Practice Conf.
“Nanotechnology and nanomaterials” (NANO-2015). Lviv, Ukraine, 26–29 Aug. 2015, p. 386.
47. Glibitskiy, D., Gorobchenko, O., Nikolov, O., Cheipesh, T., Roshal, A., Zibarov, A., Semenov, M., Glibitskiy, G., 2018.
Statistical diff erences of zigzag patterns on fi lms obtained from gamma irradiated BSA solutions. In: 1st Int. Symp. on
Mechanics. Aberdeen, UK, 9–12 July 2018. Available from: https://conferences-nscj.co.uk/abstract/fi les/10/abstract/me01_
A0877.pdf.
Received 02.10.2018
Д. М. Глибицкий, О. А. Горобченко, О. Т. Николов и др.
D. M. Glibitskiy 1, O. A. Gorobchenko 2, O. T. Nikolov 2, T. A. Cheipesh 2, T. N. Dzhimieva 2,
I. S. Zaitseva 2,3, A. D. Roshal 4, A. M. Zibarov 2, A. V. Shestopalova 1, M. A. Semenov 1, G. M. Glibitskiy 1
1 O. Ya. Usikov Institute for Radiophysics and Electronics National Academy of Sciences of Ukraine
12, Acad. Proskura St., Kharkov, 61085, Ukraine
2 V. N. Karazin Kharkiv National University
4, Svobody Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine
3 O. M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv
17, Marshal Bazhanov St., Kharkiv, 61002, Ukraine
4 The Research Institute of Chemistry, V. N. Karazin Kharkiv National University
4, Svobody Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine
METHOD OF ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF CHEMICAL
AND PHYSICAL FACTORS ON BIOPOLYMERS BY THE TEXTURES OF THEIR FILMS
Subject and purpose. In this paper, we studied the relationship of the structural and aggregation state of biopolymers with the
quantitative characteristics of the textures of the fi lms formed during the drying of biopolymer solutions.
Methods and methodology. The structural changes of the biopolymer were determined by IR, UV and fl uorescence
spectroscopy, the size and surface potential of biopolymer particles were determined by dynamic light scattering, the state of the
water environment was determined by microwave dielectrometry. To obtain fi lms, saline solutions of calf thymus Na-DNA, bovine
serum albumin (BSA) or human serum albumin (HSA) were dried in a glass cuvette under thermostatically controlled conditions.
For the numerical characterization of textures, the relative area, fractal dimension and characteristics of zigzag patterns were used.
Results. The paper presents a mini-review of the results during the development of a method for assessing the infl uence of
biologically active substances (inorganic and organic) and physical factors (temperature and gamma irradiation) on biopolymers
by the changes in texture parameters. It is shown that the formation of zigzag structures is sensitive to the structural and
aggregation eff ects of biologically active substances and physical factors, and requires the presence of chloride ions.
Conclusion. A method for assessing the infl uence of the corresponding factors by the changes in texture parameters is
proposed. The presented results clarify the role of biopolymer, as well as salt cations and anions, in the formation of textures
(in particular, zigzag structures) on the surface of fi lms, and show the relationship of structural changes and aggregation of
biopolymer with quantitative characteristics of zigzag patterns.
Key words: water-salt solution, DNA, bovine serum albumin, biopolymer, texture, zigzag pattern.
Д. М. Глибицький 1, О. О. Горобченко 2, О. Т. Ніколов 2, Т. О. Чейпеш 2, Т. М. Джімієва 2,
І. С. Зайцева 2,3, О. Д. Рошаль 4, А. М. Зібаров 2, Г. В. Шестопалова 1, М. О. Семенов 1, Г. М. Глибицький 1
1 Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України
12, вул. Акад. Проскури, Харків, 61085, Україна
2 Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
4, майдан Свободи, Харків, 61022, Україна
3 Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова
17, вул. Маршала Бажанова, Харків, 61002, Україна
4 НДІ хімії, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
4, майдан Свободи, Харків, 61022, Україна
МЕТОД ОЦІНКИ ВПЛИВУ ХІМІЧНИХ І ФІЗИЧНИХ
ФАКТОРІВ НА БІОПОЛІМЕРИ ЗА ТЕКСТУРАМИ ЇХНІХ ПЛІВОК
Предмет і мета роботи. Досліджено взаємозв’язок структурного і агрегаційного стану біополімерів з кількісними
характеристиками текстур плівок, що утворені шляхом висушування розчинів біополімерів.
Методи і методологія роботи. Структурні зміни біополімеру визначалися методами інфрачервоної, ультрафіолетової
і флуоресцентної спектроскопії; розмір і поверхневий потенціал частинок біополімеру визначалися методом динамічного
розсіювання світла; стан водного оточення − методом НВЧ-діелектрометрії. Для отримання плівок сольові розчини Na-
ДНК тимуса теляти, бичачого сироваткового альбуміну (БСА) або сироваткового альбуміну людини (САЛ) висушувалися
в скляній кюветі в термостатованих умовах. Для чисельної характеризації текстур використовувалися відносна площа,
фрактальна розмірність і характеристики зигзагоподібних патернів.
Результати роботи. У роботі наведено міні-огляд результатів, отриманих у процесі розроблення методу оцінки впливу
біологічно активних речовин (неорганічних і органічних) та фізичних факторів (температури і гамма-опромінення) на
біополімери щодо змін параметрів текстур. Показано, що формування зигзагоподібних структур чутливе до структурного
та агрегаційного впливу біологічно активних речовин і фізичних факторів, а також критичне до наявності хлорид-іонів.
Висновок. Запропоновано метод оцінки впливу відповідних факторів за змінами параметрів текстур. Представлені
результати прояснюють роль біополімеру, а також катіонів та аніонів солі у формуванні текстур (зокрема, зигзагоподібних
структур) на поверхні плівок, і показують зв’язок структурних змін та агрегації біополімеру з кількісними
характеристиками зигзагоподібних патернів.
Ключові слова: водно-сольовий розчин, ДНК, бичачий сироватковий альбумін, біополімер, текстура, зигзагоподібний патерн.
Radiophys. and Electron 58
Radiophys. and Electron 59
Radiophys. and Electron 60
Radiophys. and Electron 61
Radiophys. and Electron 62
Radiophys. and Electron 63
Radiophys. and Electron 64
Radiophys. and Electron 65
Radiophys. and Electron 66
Radiophys. and Electron 67
Radiophys. and Electron 68
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167792 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-821X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:11:29Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Глибицкий, Д.М. Горобченко, О.А. Николов, О.Т. Чейпеш, Т.А. Джимиева, Т.Н. Зайцева, И.С. Рошаль, А.Д. Зибаров, А.М. Шестопалова, А.В. Семенов, М.А. Глибицкий, Г.М. 2020-04-09T14:29:52Z 2020-04-09T14:29:52Z 2019 Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок / Д.М. Глибицкий, О.А. Горобченко, О.Т. Николов, Т.А. Чейпеш, Т.Н. Джимиева, И.С. Зайцева, А.Д. Рошаль, А.М. Зибаров, А.В. Шестопалова, М.А. Семенов, Г.М. Глибицкий // Радіофізика та електроніка. — 2019. — Т. 24, № 1. — С. 58-68. — Бібліогр.: 47 назв. — рос. 1028-821X PACS: 68.55.J-, 68.55.jm, 87.15.nr, 87.15.nt, 87.64.M- DOI: https://doi.org/10.15407/rej2019.01.058 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167792 577.32+544.023.26+004.932.2 Предмет и цель работы. Исследованы взаимосвязи структурного и агрегационного состояния биополимеров с количественными характеристиками текстур пленок, образуемых при высушивании растворов биополимеров. Предмет і мета роботи. Досліджено взаємозв’язок структурного і агрегаційного стану біополімерів з кількісними характеристиками текстур плівок, що утворені шляхом висушування розчинів біополімерів. Subject and purpose. In this paper, we studied the relationship of the structural and aggregation state of biopolymers with the quantitative characteristics of the textures of the films formed during the drying of biopolymer solutions. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Прикладна радіофізика Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок Метод оцінки впливу хімічних і фізичних факторів на біополімери за текстурами їхніх плівок Method of estimation of the infl uence of chemical and physical factors on biopolymers by the textures of their films Article published earlier |
| spellingShingle | Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок Глибицкий, Д.М. Горобченко, О.А. Николов, О.Т. Чейпеш, Т.А. Джимиева, Т.Н. Зайцева, И.С. Рошаль, А.Д. Зибаров, А.М. Шестопалова, А.В. Семенов, М.А. Глибицкий, Г.М. Прикладна радіофізика |
| title | Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок |
| title_alt | Метод оцінки впливу хімічних і фізичних факторів на біополімери за текстурами їхніх плівок Method of estimation of the infl uence of chemical and physical factors on biopolymers by the textures of their films |
| title_full | Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок |
| title_fullStr | Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок |
| title_full_unstemmed | Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок |
| title_short | Метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок |
| title_sort | метод оценки влияния химических и физических факторов на биополимеры по текстурам их пленок |
| topic | Прикладна радіофізика |
| topic_facet | Прикладна радіофізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167792 |
| work_keys_str_mv | AT glibickiidm metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT gorobčenkooa metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT nikolovot metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT čeipešta metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT džimievatn metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT zaicevais metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT rošalʹad metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT zibarovam metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT šestopalovaav metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT semenovma metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT glibickiigm metodocenkivliâniâhimičeskihifizičeskihfaktorovnabiopolimerypoteksturamihplenok AT glibickiidm metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT gorobčenkooa metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT nikolovot metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT čeipešta metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT džimievatn metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT zaicevais metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT rošalʹad metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT zibarovam metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT šestopalovaav metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT semenovma metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT glibickiigm metodocínkivplivuhímíčnihífízičnihfaktorívnabíopolímerizateksturamiíhníhplívok AT glibickiidm methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT gorobčenkooa methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT nikolovot methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT čeipešta methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT džimievatn methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT zaicevais methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT rošalʹad methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT zibarovam methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT šestopalovaav methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT semenovma methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms AT glibickiigm methodofestimationoftheinfluenceofchemicalandphysicalfactorsonbiopolymersbythetexturesoftheirfilms |