Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды

Исследовались спектры капиллярных волн дистиллята воды и водного раствора NADH, их динамика под воздействием электромагнитного излучения миллиметрового диапазона. По поведению капиллярных волн выяснено, что под действием электромагнитного излучения вязкость приповерхностного слоя дистиллята воды и р...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Заболотный, М.А., Барабаш, Ю.М., Дмитренко, О.П., Кулиш, Н.П., Мартинчук, Э.Л., Костина, А.И., Сидельникова, Ю.Ю.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2010
Назва видання:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73141
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:	Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды / М.А. Заболотный, Ю.М. Барабаш, О.П. Дмитренко, Н.П. Кулиш, Э.Л. Мартинчук, А.И. Костина, Ю.Ю. Сидельникова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 713-725. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73141
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-731412025-02-10T01:25:54Z Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды Заболотный, М.А. Барабаш, Ю.М. Дмитренко, О.П. Кулиш, Н.П. Мартинчук, Э.Л. Костина, А.И. Сидельникова, Ю.Ю. Исследовались спектры капиллярных волн дистиллята воды и водного раствора NADH, их динамика под воздействием электромагнитного излучения миллиметрового диапазона. По поведению капиллярных волн выяснено, что под действием электромагнитного излучения вязкость приповерхностного слоя дистиллята воды и раствора NADH увеличивается. Предполагается возможность радиационно-стимулированного структурирования воды и управления конформационным состоянием молекул NADH. Досліджувалися спектри капілярних хвиль дистиляту води і водного розчину NADH, їх динаміка під дією електромагнетного випромінення міліметрового діяпазону. За поведінкою капілярних хвиль з’ясовано, що під дією електромагнетного випромінення в’язкість приповерхневого шару дистиляту води і розчину NADH збільшується. Передбачено можливість радіяційно-стимульованого структурування води і керування конформаційним станом молекуль NADH. The spectra of capillary waves of distilled water and aqueous NADH as well as their dynamics under millimetre-range electromagnetic radiation are studied. As shown from the behaviour of capillary waves, under the action of electromagnetic radiation, viscosity of the subsurface layer of distillate water and NADH solution increases. The possibility of radiation-induced water structurization and control of the conformational state of NADH molecules is supposed. 2010 Article Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды / М.А. Заболотный, Ю.М. Барабаш, О.П. Дмитренко, Н.П. Кулиш, Э.Л. Мартинчук, А.И. Костина, Ю.Ю. Сидельникова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 713-725. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 78.70.Gq, 81.40.Wx, 82.40.Np, 82.50.-m, 83.60.Np, 83.85.Jn, 87.15.hp https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73141 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	Исследовались спектры капиллярных волн дистиллята воды и водного раствора NADH, их динамика под воздействием электромагнитного излучения миллиметрового диапазона. По поведению капиллярных волн выяснено, что под действием электромагнитного излучения вязкость приповерхностного слоя дистиллята воды и раствора NADH увеличивается. Предполагается возможность радиационно-стимулированного структурирования воды и управления конформационным состоянием молекул NADH.
format	Article
author	Заболотный, М.А. Барабаш, Ю.М. Дмитренко, О.П. Кулиш, Н.П. Мартинчук, Э.Л. Костина, А.И. Сидельникова, Ю.Ю.
spellingShingle	Заболотный, М.А. Барабаш, Ю.М. Дмитренко, О.П. Кулиш, Н.П. Мартинчук, Э.Л. Костина, А.И. Сидельникова, Ю.Ю. Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Заболотный, М.А. Барабаш, Ю.М. Дмитренко, О.П. Кулиш, Н.П. Мартинчук, Э.Л. Костина, А.И. Сидельникова, Ю.Ю.
author_sort	Заболотный, М.А.
title	Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды
title_short	Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды
title_full	Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды
title_fullStr	Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды
title_full_unstemmed	Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды
title_sort	радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул nadh в приповерхностных слоях дистиллята воды
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2010
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73141
citation_txt	Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды / М.А. Заболотный, Ю.М. Барабаш, О.П. Дмитренко, Н.П. Кулиш, Э.Л. Мартинчук, А.И. Костина, Ю.Ю. Сидельникова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 713-725. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT zabolotnyima radiacionnostimulirovannaâdinamikakonformacionnogosostoâniâmolekulnadhvpripoverhnostnyhsloâhdistillâtavody AT barabašûm radiacionnostimulirovannaâdinamikakonformacionnogosostoâniâmolekulnadhvpripoverhnostnyhsloâhdistillâtavody AT dmitrenkoop radiacionnostimulirovannaâdinamikakonformacionnogosostoâniâmolekulnadhvpripoverhnostnyhsloâhdistillâtavody AT kulišnp radiacionnostimulirovannaâdinamikakonformacionnogosostoâniâmolekulnadhvpripoverhnostnyhsloâhdistillâtavody AT martinčukél radiacionnostimulirovannaâdinamikakonformacionnogosostoâniâmolekulnadhvpripoverhnostnyhsloâhdistillâtavody AT kostinaai radiacionnostimulirovannaâdinamikakonformacionnogosostoâniâmolekulnadhvpripoverhnostnyhsloâhdistillâtavody AT sidelʹnikovaûû radiacionnostimulirovannaâdinamikakonformacionnogosostoâniâmolekulnadhvpripoverhnostnyhsloâhdistillâtavody
first_indexed	2025-12-02T11:49:53Z
last_indexed	2025-12-02T11:49:53Z
_version_	1850397104074129408
fulltext	713 PACS numbers:78.70.Gq, 81.40.Wx,82.40.Np,82.50.-m,83.60.Np,83.85.Jn, 87.15.hp Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды М. А. Заболотный, Ю. М. Барабаш , О. П. Дмитренко, Н. П. Кулиш, Э. Л. Мартинчук , А. И. Костина, Ю. Ю. Сидельникова Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, физический факультет, ул. Владимирская, 64, 01033 Киев, Украина Институт физики НАН Украины, просп. Науки, 46, 03650, ГСП, Киев-39, Украина **Технический центр НАН Украины, ул. Покровская, 13, 04070 Киев, Украина Исследовались спектры капиллярных волн дистиллята воды и водного рас- твора NADH, их динамика под воздействием электромагнитного излучения миллиметрового диапазона. По поведению капиллярных волн выяснено, что под действием электромагнитного излучения вязкость приповерхност- ного слоя дистиллята воды и раствора NADH увеличивается. Предполага- ется возможность радиационно-стимулированного структурирования воды и управления конформационным состоянием молекул NADH. Досліджувалися спектри капілярних хвиль дистиляту води і водного роз- чину NADH, їх динаміка під дією електромагнетного випромінення мілі- метрового діяпазону. За поведінкою капілярних хвиль з’ясовано, що під дією електромагнетного випромінення в’язкість приповерхневого шару дистиляту води і розчину NADH збільшується. Передбачено можливість радіяційно-стимульованого структурування води і керування конформа- ційним станом молекуль NADH. The spectra of capillary waves of distilled water and aqueous NADH as well as their dynamics under millimetre-range electromagnetic radiation are studied. As shown from the behaviour of capillary waves, under the action of electromagnetic radiation, viscosity of the subsurface layer of distillate water and NADH solution increases. The possibility of radiation-induced water structurization and control of the conformational state of NADH Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2010, т. 8, № 3, сс. 713—725 © 2010 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 714 М. А. ЗАБОЛОТНЫЙ, Ю. М. БАРАБАШ, О. П. ДМИТРЕНКО и др. molecules is supposed. Ключевые слова: NADH, дистиллированная вода, капиллярные вол- ны, конформационное состояние, вязкость. (Получено 18 июня 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Проблема создания молекулярных и биологических тестов в насто- ящее время достаточно актуальна. Востребованность тестирующих технологий обусловлена: 1) разнообразным техногенным (в том числе и электромагнитным) загрязнением окружающей среды и вызванной этим необходимостью оперативного контроля парамет- ров среды, 2) развитие новых фармацевтических, молекулярных и нанотехнологий повышает требование к химической чистоте и структурной однородности создаваемых изделий. Перспективными в этом направлении показали себя технологии, основанные на ис- пользовании биологических молекул, селективность активности которых позволяет использовать их в качестве первичных рецепто- ров изменений контролируемых параметров. Одна из возможных реализаций такого подхода базируется на использовании молекул NADH, структурная формула которого приведена на рис. 1. Проведенные экспериментальные исследования [1, 2, 3, 4] позво- лили сделать вывод о существенной зависимости реакционных, лю- минесцентных и транспортных свойств молекул NADH от их конфор- мационного состояния. В нейтральных водных растворах NADH обра- зует как минимум два конформационных состояния. Одна из конфор- маций молекулы является открытой (см. рис. 1), её скелет (рибоза – дифосфат-рибоза) вытянут, другая конформация – закрытой (скелет свернут, а два гетероцикла, адениновый и никотинамидный, распо- ложены параллельно и взаимодействуют друг с другом) [3]. В зависимости от конкретного типа процесса определяющим яв- ляется наличие и концентрация NADH того или иного конформа- Рис. 1. Структурная формула никотинамидадинуклеотида (NADH). РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ДИНАМИКА МОЛЕКУЛ NADH 715 ционного состояния. Так, при связывании в нуклеотидном ингиби- торном центре глекогенфофорилазы принимают участие молекулы NADH закрытой (свернутой) конформации [4]. При связывании молекулы NADH наблюдается незначительное деформирование ее конформационного состояния – при сохранении свернутой формы гетероциклические основания перестают быть компланарными. Плоскости гетероциклических оснований связанной в ингибитор- ном центре NADH, составляют угол 98°. Особенности процессов конформационных переходов в молекулах NADH, находящихся в растворе, существенно зависят от характеристик растворителя (в случае воды – от кислотности, концентрации и типа растворенного газа, температуры, наличия силовых полей). Известно, что свой- ства воды в малых объемах (то есть в присутствии силовых полей, создаваемых молекулами ограничивающих жидкость стенок) су- щественно отличаются от свойств объемов воды, находящихся вда- ли от поверхностей фазового раздела при неизменных давлении и температуре. Отметим, что функционирование биомолекул реали- зуется чаще всего в малых объемах – порядка биоклетки. Возможность определения влияния электромагнитного излуче- ния (в том числе миллиметрового диапазона, слабо поглощающего- ся водой) на конформационное состояние NADH открывает воз- можность использование NADH в качестве люминесцентных дат- чиков предраковых патологий [2]. С другой стороны, исследование влияния электромагнитного излучения на чувствительные к нему молекулы NADH позволяет разрабатывать методики минимизации деструктивных последствий облучения. Таким образом, исследова- ние закономерностей фотостимулированных конформационных переходов молекул NADH представляет как теоретический [5, 6] так и прикладной интерес. Изучению этого вопроса посвящена настоящая работа, экспери- ментальная часть которой основана на использовании зависимости реологических характеристик жидкой среды, содержащей раство- ренные в ней твердые наночастицы фиксированного объема от фор- мы бионаночастиц [4]. Целью работы являлось экспериментальное исследование особенностей конформационных переходов в молеку- лах NADH, находящихся в водном растворе, обусловленных сла- бым (не вызывающим регистрируемые изменения температуры об- разца) электромагнитным излучением оптического и миллиметро- вого диапазона и разработка феноменологической модели, описы- вающей экспериментальные данные. Экспериментальная инфор- мация об особенностях динамики реологических параметров вод- ных растворов NADH была получена с помощью исследования за- висимости частоты колебаний от значения волнового вектора ка- пиллярных волн на свободной поверхности образца. Такой метод дает возможность определять значения вязкости и поверхностного 716 М. А. ЗАБОЛОТНЫЙ, Ю. М. БАРАБАШ, О. П. ДМИТРЕНКО и др. натяжения при различных величинах эффективного объема (т.е. области локализации непрерывных линий тока частиц) [5] дефор- мируемой среды. Частота колебаний капиллярных волн определя- лась с помощью метода оптического гетеродинирования [7, 8]. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА Измерения параметров выполняли с помощью метода оптического ге- теродинирования [7, 8]. Блок-схема установки представлена на рис. 2. Исходный лазерный пучок под малым углом θ падает на поверх- ность исследуемого раствора, сохраняя гауссов профиль. Поляриза- тор 3 устанавливает электрический вектор электромагнитного излу- чения параллельно поверхности раствора. Падающий свет зеркально отражается поверхностью раствора (опорный пучок α), рассеиваясь на Фурье-компонентах поверхностных волн (измерительный пучок β). Интенсивность света, рассеянного поверхностью раствора (пучок 5) достаточна лишь в пределах узкого диапазона углов (∂θ = 10 мрад) около направления опорного пучка α, что позволяет измерять ка- пиллярные волны с пространственной длиной волны в диапазоне 10— 100 лин./мм. Выбор капиллярной волны с заданной пространствен- ной частотой задается путем перемещения фотоприемника 8 в плос- кости перпендикулярной к направлению опорного пучка. Опорный пучок α попадает на фотоприемник 8 без изменения своей частоты, смешивается в дальней волновой зоне с измерительным пучком β, частота, которого изменяется в соответствии с эффектом Допплера. 2 14 11 θ 3 β 7 5 17 8 1 15 6 9 10 13 16 12 α Рис. 2. Блок-схема установки по исследованию спектров капиллярных волн 1 – лазер ЛГ-79; 2 – коллиматор; 3 – поляризатор; 4 – отражаю- щая призма; 5 – лучи лазера (αβ), отраженные от поверхности раствора; 6 – Фурье-линза; 7 – диафрагма; 8 – фотоприемник с двумя детекторами; 9 – предварительный усилитель; 10 – активный заграждающий фильтр высоких частот (пропускание 0—200 Гц); 11 – активный полосовой фильтр (полоса пропускания 300—10000 Гц); 12 – электронный делитель; 13 – аналого-цифровой преобразователь (10 бит, ±5 В, τ = 40 мксек); 14 – компьютер; 15 – блок питания терморегулятора; 16 – устройство термо- статирования кюветы раствора; 17 – кювета с раствором. РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ДИНАМИКА МОЛЕКУЛ NADH 717 На поверхности фотоприемника с квадратичной характеристикой эти пучки смешиваются, образуя динамическую интерференцион- ную картину. Фотоприемником 8 измерялась интенсивность опорно- го пучка, амплитуда биений частот пучков (αβ) света, значение ча- стоты биений и их зависимость от угла рассеяния. В качестве исследуемых образцов использовались свежий биди- стиллят воды и водный раствор NADH. Концентрация NADH не пре- вышала 5 весовых процентов, что приводило к независимости харак- теристик спектров капиллярных волн от концентрации NADH. Об- разцы предварительно выдерживались в темноте на установке в тече- ние двух часов. Оптическая схема собрана на голографическом столе с виброзащитным основанием. Мощность лазера составляла 7,5 мВт на длине волны 630 нм, диаметр луча на поверхности жидкости со- ставлял 3⋅10 −3 м (на уровне 0,7 максимальной интенсивности). Фоку- сирующая линза имела фокус 1,00 м, диаметр луча в области пере- тяжки составлял 0,5⋅10 −3 м. Область перетяжки находилась на рас- стоянии 1,5 м от поверхности жидкости. Фотоприемное устройство было собрано на базе двух фотодиодов ФД-256, с микросхемами КР544УД1А, с апертурой 0,5⋅10 −3 м. Измерительная кювета пред- ставляла медный цилиндр высотой 15⋅10 −3 м, с внешним диаметром 35⋅10 −3 м. Устройство термостатирования кюветы было собрано на элементе Пельтье и обеспечивало измерение абсолютного значения температуры с точностью ±0,25°С в диапазоне от 4°С до 38°С. С фото- приемника 8 через фильтры 10, 11 сигнал поступал на делитель. На вход числителя цифрового делителя поступал сигнал, пропорцио- нальный интенсивности интерференционной картины. На вход зна- менателя цифрового делителя поступал сигнал, пропорциональный интенсивности света в опорном пучке. Таким образом выполнялась нормировка сигнала для разных Фурье-компонент поверхностных волн раствора. Аналого-цифровой преобразователь 13 оцифровывал сигнал и вводил в ПК 14. Алгоритм обработки сигнала заключался в стандартном автокорреляционном анализе сигнала, использовании быстрого Фурье-преобразования и получении спектра плотности мощности для разных Фурье-компонент поверхностных волн раство- ра. В качестве источника электромагнитного излучения (ЭМИ) ис- пользовали генератор Г-142 с гибким диэлектрическим волноводом и He—Ne-лазер (ЛГ-79),с мощностью излучения 15 мВт. Мощность из- лучения ЭМИ на выходе волновода составляла 1 мВт на частоте 60 ГГц, волновод устанавливался на расстоянии 0,5—1 см. от поверхно- сти образца, длительность облучения составляла 1—10 минут. 3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАПИЛЛЯРНЫХ ВОЛН Динамика свободной поверхности жидкости определяется флуктуа- 718 М. А. ЗАБОЛОТНЫЙ, Ю. М. БАРАБАШ, О. П. ДМИТРЕНКО и др. ционно-диссипативными процессами [9]. Они приводят к возникно- вению тепловых гидродинамических флуктуаций формы свободной поверхности жидкости, зависящих от свойств среды (в рассматрива- емом случае – раствора наночастиц в однородной жидкости). Воз- никающие флуктуационные деформации свободной поверхности об- разца можно рассматривать [10] как результат суперпозиции рас- пространяющихся по ней поверхностных капиллярных волн. Дина- мика волн достаточно хорошо [9, 11] описывается системой уравне- ний Навье—Стокса и непрерывности, которую в случае малых и поло- гих деформаций свободной поверхности слоя жидкости (амплитуда деформаций (h) намного меньше пространственной длины волны (λ)) и двумерного движения можно представить в виде [11]: ( ) ( ) ( )∂ ∂ η= − + Δ ∂ ρ ∂ ρ , , , ,1 , , x x v x y t p x y t v x y t t x , (1) ( ) ( ) ( )∂ ∂ η= − + Δ ∂ ρ ∂ ρ , , , ,1 , , y y v x y t p x y t v x y t t y , (2) ( ) ( ), ,, , 0 yx v x y tv x y t x y ∂∂ + = ∂ ∂ . (3) Здесь использованы следующие обозначения: vx(x,y,t), vy(x,y,t) – компоненты вектора скорости частиц жидкости в точке с координа- тами x, y в момент времени t, p(x,y,t) – гидродинамическое давле- ние; η – динамическая вязкость жидкости, ее ρ – плотность, ось ОY направлена по нормали к свободной поверхности деформируемой среды, а ось ОХ – расположена на ее свободной поверхности. В качестве граничных условий используются: ( ) ( ) = = ∂∂ + = ∂ ∂ ( , ) ( , ) , ,, , 0 yx y h x t y h x t v x y tv x y t y x , (4) ( ) ( ) = = ∂ ∂− η + = ∂ ∂ 2 2( , ) ( , ) , , ( , ) , , 2 0 y My h x t y h x t v x y t h x t P x y t T y x , (5) ( ) ( ) 0 , , 0, t y h x t v x y t dt= = ; (6) ТM – коэффициент поверхностного напряжения. При формулировке задачи (1)—(6) учтено, что размеры простран- ственных неоднородностей, определяемые размерами молекул NADH, намного меньше λ. Это позволяет использовать для описа- ния особенностей кинетики капиллярных волн усредненную ло- кальную вязкость, которая в случае реализации ньютоновской РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ДИНАМИКА МОЛЕКУЛ NADH 719 жидкости в виде суспензии, существенно зависит от формы взве- шенных частиц [9]. В случае эллипсоидальной формы (с полуосями эллипсоида a [отн. ед.]) частицы для описания вязкости суспензии можно использовать следующую параметризацию [9]: η = η + γϕ 0 (1 ) . (7) Здесь ϕ – отношение объёма частиц, взвешенных в объеме V жид- кости к величине V, γ – параметр, зависящий от значения отноше- ния – a/b. (При a/b = 0,1 γ = 8,04, a/b = 0,2 γ = 4,71, a/b = 0,5 γ = 2,85, a/b = 1 γ = 2,5.) Сформулированная задача является линейной, поэтому в рамках этой модели можно считать, что отдельные гармоники поверхност- ных волн не взаимодействуют друг с другом. Рассматривая поведе- ние одной из поверхностных гармоник с длиной волны λ в случае, когда λ намного меньше толщины образца, учитывая, что значение vx, vy экспоненциально убывают по мере удаления от свободной по- верхности жидкости, решение системы (1—3) можем выбрать в сле- дующем виде, являющимся действительным вариантом известных комплексных соотношений [9]:  = − + β β α ρα  1 2 ( , , ) exp( ) exp( ) cos( ) exp( ) x k v x y t C kz C k z kx t , (8)  = − + β α ρα  1 2 ( , , ) exp( ) exp( ) sin( ) exp( ) y k v x y t C kz C k z kx t , (9) 1 ( , , ) exp( ) sin( ) exp( )p x y t C kz kx t= ρ α , (10) где k = 2π/λ, iα = δ − ω – комплексная величина, мнимая часть ко- торой определяет частоту колебаний, а действительная – их зату- хание, β = + αρ η 21 ( )k , С2 – постоянная, связанная с параметром С1 соотношением (4), из которого следует: ( )= ρα + β2 12 2 . 1 k C C (11) Остающаяся неизвестная С1 не может быть определена, что мате- матически обуславливается однородным характером сформулиро- ванной задачи, а физически – некаузальным характером флуктуа- ционных сил, являющихся причиной возникновения волновых возмущений свободной поверхности жидкости. Учет неиспользо- ванного граничного условия (5) позволяет получить дисперсионное уравнение, являющееся аналогом известного соотношения [9] и 720 М. А. ЗАБОЛОТНЫЙ, Ю. М. БАРАБАШ, О. П. ДМИТРЕНКО и др. связывающее α и k: η − βρα + − = α+ β + β 32 2 2 2 2 1 0 1 1 M T kk . (12) Аналитическое решение уравнения (11) может быть найдено только при использовании теории возмущений. В частности, в слу- чае слабовязкой жидкости [9] его можно представить в виде   η ω ≈ ω −  ρω    2 2 0 0 1 2 1 2 k , (13) ( )  η ηδ = − +  ρ ρ  ω 3 2 2 2 1 2 0 1 2 2 k k , (14) где ω = ρ2 3 0 M T k . При получении (13) и (14) был учтен вклад двух первых порядков малости. Необходимость учета второго порядка малости по сравнению с анализом, приведенном в [9], обуславлива- лась тем, что безразмерный параметр ωρ η 2( )k , по которому произ- водится разложение при анализе (12), достигает для воды значения 0,3, это обуславливает необходимость учета нескольких порядков разложений. Соотношения (6), (8), (12) определяют функциональ- ный вид амплитуды рельефа образующегося на свободной поверх- ности образца: − β= δ − ω ρα + β 2 12 2 2 (1 ) ( , ) sin( ) exp( ) (1 ) k h x t C kx t i t . (15) Для определения величины С1 (и тем самым амплитуды волн) необходимо использовать [9] дополнительную информацию о меха- низме возбуждения поверхностных волн. При экспериментальном исследовании динамики капиллярных волн на свободной поверхности жидкости, учтем [8], что при осве- щении ее лазерным пучком с интенсивность света рассеянного в те- лесном угле Ω, определяется величиной среднеквадратичного сме- щения элемента колеблющейся поверхности жидкости: =   ω θ Ω π   4 2 3 0 2 ( , ) cos ( ) (4 ) dI q I h k d , (16) где I0 – интенсивность отраженного излучения, определяемая для плоской поверхности с помощью формул Френеля; θ – угол паде- ния света; q – волновое число падающего света, знак ... обознача- ет проведение операции усреднения. Величина   ω 2 ( , )h k зависит от РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ДИНАМИКА МОЛЕКУЛ NADH 721 ω, δ, k и является временным Фурье-преобразованием [8] автокор- реляционной функции + τ( , ) ( , )h k t h k t ( ω – сопряженная t пере- менная), которое с учетом соотношения (15), можно представить в следующем виде:  − β   ω =  ρα + β ω − ω + δ     2 2 2 2 1 2 2 2 2 (1 ) 1 ( , ) (1 ) ( ) k h k C . (17) Величина 2 1C определяется особенностями флуктуационной генерации капиллярных волн. Объединяя соотношения (16) и (17), получаем: ( ) ( ) ( )  − β  = θ  Ω π ρα + β ω − ω + δ   2 24 2 3 10 2 22 2 2 1 1 cos ( ) (4 ) 1 kdI q I C d . (18) Из соотношения (17) видно, что величина δ определяет полуши- рину плотности спектральной мощности капиллярных волн сво- бодной поверхности жидкости; ω – положение точки максимума плотности спектральной мощности капиллярных волн на оси вре- менных частот, измеряя ω, δ и используя соотношения (13) и (14), определяют эффективную вязкость и поверхностное натяжение суспензии, реализующуюся при волновом движении с частотой ω и волновым вектором k. 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Исследовались спектры капиллярных волн дистиллята воды и вод- ного раствора NADH, их динамика под воздействием электромаг- нитного излучения миллиметрового диапазона. Результаты иссле- дований приведены на рис. 3, 4. На них представлены спектры капиллярных волн образцов ди- стиллята воды и водного раствора NADH до их облучения. Из них видно, что частота колебаний капиллярных волн и полуширина за- висимости h(ω) существенно увеличиваются при уменьшении дли- ны капиллярной волны. Выбор температуры измерений определял- ся тем, что при ней амплитуда волн была достаточной для реги- страции (при уменьшении температуры амплитуда убывает, а ко- нечность радиуса кривизны свободной поверхности образца не сильно влияла на точность измерений). Представленные на них данные в совокупности с использованием соотношений (13)—(15) позволяют определить вязкость приповерх- ностного слоя жидкого образца и его коэффициент поверхностного натяжения. Результаты обработки данных исследований влияния экспони- 722 М. А. ЗАБОЛОТНЫЙ, Ю. М. БАРАБАШ, О. П. ДМИТРЕНКО и др. рования в течение 10 минут миллиметровым излучением слоев ди- стиллята воды и водного раствора NADH приведены на рис. 5 и рис. 6 соответственно. Из приведенных на рис. 5 данных видно, что вязкость приповерх- ностного слоя (с толщиной порядка 0,015—0,05 см) дистиллята воды под действием электромагнитного облучения возрастает на величи- ну порядка 3%. При уменьшении времени экспонирования до 2 ми- Рис. 3. Зависимость амплитуды капиллярных волн на поверхности ди- стиллята воды от частоты колебаний для двух длин волн (0,034 см – кривая а, 0,029 см – б) при t – 20°С. Рис. 4. Зависимость амплитуды капиллярных волн на поверхности вод- ного раствора NADH от частоты для трех длин волн (0,034 см – кривая а, 0,029 см – б, 0,24 см – в) при t – 20°С. РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ДИНАМИКА МОЛЕКУЛ NADH 723 нут величина изменения вязкости под действием облучения умень- шается до ∼ 1%, что сравнимо с точностью измерений (разброс дан- ных при выполнении повторяющихся измерений). Такой характер поведения вязкости исключает возможность чисто теплового ре- зультата действия излучения. Наличие нетривиальной зависимости вязкости дистиллята воды от длительности воздействия и интенсивности миллиметрового из- лучения может свидетельствовать либо о влиянии излучения на Рис. 5. Зависимость вязкости от длины капиллярной волны на поверхно- сти дистиллята воды до (кривая – а) и после (б) экспонирования образца. Рис. 6. Зависимость вязкости от длины капиллярной волны на поверхно- сти раствора NADH в дистилляте воды до (кривая а) и после (б) экспониро- вания образца. 724 М. А. ЗАБОЛОТНЫЙ, Ю. М. БАРАБАШ, О. П. ДМИТРЕНКО и др. флуктуационные процессы, определяющие свойства капиллярных волн, либо о возможном структурировании дистиллята воды, зави- сящем от свойств излучения. Рисунок 6 иллюстрирует изменение вязкости приповерхностных слоев 5% раствора NADH в дистилляте воды под действием милли- метрового излучения при температуре 20°С Видно, что под действи- ем электромагнитного излучения вязкость раствора уменьшается. Такое влияние облучения миллиметровым электромагнитным из- лучением на вязкость раствора контрастирует влиянием этого же фактора на вязкость дистиллята воды. Возможным объяснением этого результата может быть предположение, что под действием об- лучения: а) меняется конформационное состояние молекул NADH, например, форма молекулы становится ближе к сферической, и из- меняется параметр γ (формула (7)), б) уменьшается толщина слоя связанных с NADH молекул воды, что приводит к уменьшению эф- фективного объема ϕ (7) взвешенных в воде частиц (см. рис. 7). 5. ВЫВОДЫ 1. Среднее значение вязкости слоя дистиллята воды, расположен- ного у границы с воздушной средой, в диапазоне толщин слоя 0,034—0,020 см зависит от значения толщины слоя, уменьшаясь при его уменьшении. 2. Воздействие электромагнитного излучения (мощность 10 −4 Вт/см2, Рис. 7. Зависимость индуцированного мм-излучением изменения произве- дения параметра формы молекулы NADH в водном растворе (γ) и относи- тельного объема (ϕ) растворенных частиц взвеси от весовой концентрации NADH. РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ДИНАМИКА МОЛЕКУЛ NADH 725 частота 60 ГГц, в течение 5—20 мин.) на дистиллят воды приводит к увеличению значений средней вязкости приповерхностного слоя, расположенного у границы с воздушной средой. Изменения значе- ний вязкости этого слоя и поверхностного натяжения растворов за- висит от пространственной частоты капиллярных волн. Это позволя- ет высказать предположение о возможности радиационно стимули- рованного: 1) структурирования воды в граничащем с воздушной средой слое; 2) изменении конформации молекул NADH или толщи- ны окружающей их гидратной оболочки молекул связанной воды. В случае концентрации NADH 3—5% весовых процентов изменение вязкости раствора достигало 10—14%, вязкость слоя дистиллята во- ды при этом увеличивалась на 2—3 процента. 3. Показана возможность управления конформационным состояни- ем молекул NADH, находящихся в граничащих с воздушной средой слоях дистиллята воды с помощью электромагнитного излучения, что дает возможность изменять оптические и биологические харак- теристики молекул NADH. 4. В рамках модели слабовязкой несжимаемой ньютоновской жид- кости с учетом двух порядков малости получено дисперсионное уравнение, определяющее связь между частотой капиллярных волн и их длиной волны. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Х. А. Аршакян, С. В. Пушкарев, Е. С. Половников, Ю. П. Мешалкин, Бюл- летень СО РАМН, 123, № 1: 30 (2007). 2. R. A. Lipson, E. J. Baldes, and A. M. Olsen, J. Nat. Cancer Inst., 26: 1 (1961). 3. А. П. Демченко, Люминесценция и динамика структуры белков (Киев: На- укова думка: 1988). 4. С. В. Клинов, Н. А. Чеботарева, Б. Н. Курганов, Ж. И. Литвак, Т. А. Жили- на, Н. Д. Пекель, В. М. Березовский, Биоорганическая химия, 11, № 2: 196 (1985). 5. L. N. Christophorov, A. R. Holzwarth, and V. N. Kharkyanen, Ukr. J. Phys., 48, No. 7: 672 (2003). 6. М. А. Заболотный, E. А. Андреев, Ю. М. Барабаш, Э. Л. Мартинчук, В. Н. Харкянен, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 6, № 1: 277 (2008). 7. А. Л. Дмитриев, Оптические системы передачи информации (Санкт- Петербург: 2007). 8. L. B. Shih, Rev. Sei. Instrum., 55, No. 5: 716 (1984). 9. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Гидродинамика, 738 (1986). 10. В. Кляцкин, Д. Гурарий, Успехи физ. наук, 169, № 2: 171 (1999). 11. В. Г. Левич, Физико-химическая гидродинамика (Москва: Изд. АН СССР: 1952). 12. В. И. Сухарев, Н. Л. Векшин, Биоорганическая химия, 26, № 10: 723 (2000).

Радиационно-стимулированная динамика конформационного состояния молекул NADH в приповерхностных слоях дистиллята воды

Репозитарії

Схожі ресурси