Приборостроение физико-химической биологии. Рубрика в журнале - Научное приборостроение
Статья научная
Особое внимание уделяется совершенствованию методов изготовления микрофлюидных устройств в условиях исследовательских лабораторий. Осуществляются поиски решений для более оперативных и дешевых способов изготовления мастер-форм по сравнению с традиционным методом фотолитографии, не требующих дорогостоящего оборудования и условий чистых помещений. В работе предложены и рассмотрены альтернативные варианты получения мастер-форм из следующих материалов: металлов - с применением методов лазерной обработки; эластомера, клеев-компаундов и эпоксидной смолы - с использованием метода "мягкой" литографии. Обсуждаются достоинства и недостатки этих подходов.
Бесплатно
ВЛИЯНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ СВЕТА НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО ДЕТЕКТОРА ДЛЯ ВЭЖХ
Статья научная
Проведены исследования чувствительности рефрактометрического детектора для ВЭЖХ с кварцевой кюветой с двумя и тремя сквозными каналами при ширине диафрагмы 50, 75, 100 мкм и длине волны света от источников: лазерного модуля λ = 650 нм, светодиодов λ = 430—520 нм и λ = 610—760 нм, вольфрамовой нити накала с фильтром λ = 450—530 нм. Показано, что разработанный для ВЭЖХ рефрактометрический детектор с лазерным модулем, кварцевой кюветой с тремя сквозными каналами, при ширине диафрагмы 75 мкм и c хроматографическим трактом из фторопласта с оптической схемой повышает чувствительность определения органических и неорганических соединений по сравнению с прототипом в 6—7 раз, аналогом — в 16—17 раз.
Бесплатно
Диэлькометрические измерения структурных изменений в разбавленных водных растворах соединений натрия
Статья научная
Методом низкочастотной диэлькометрии высокого разрешения зарегистрированы структурные изменения в водных растворах соединений натрия в диапазоне концентраций 10-2-10-6 М. Все эксперименты проводились при комнатной температуре. Экспериментальные результаты в частотном диапазоне 50-1000 кГц представлены в виде зависимостей tg δ от логарифма частоты ω возбуждения колебательного контура, в катушку индуктивности которого помещена стеклянная пробирка с исследуемым раствором. Наблюдаемые зависимости носят выраженный спектральный характер, положения пиков в спектрах достоверно воспроизводятся и характеризуют катионный и анионный состав раствора. Концентрационные изменения наблюдаемых спектров позволяют отнести водные растворы солей электролитов к классическим растворам.
Бесплатно
ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕТЛЕВАЯ АМПЛИФИКАЦИЯ LAMP В ФОРМАТЕ МИКРОУСТРОЙСТВ (ОБЗОР)
Статья
Изотермическая петлевая амплификация (LAMP) широко применяется в качестве быстрого и чувствительного метода диагностики и наиболее перспективна для проведения анализа в условиях ограниченных времени и ресурсов, например в местах оказания медицинской помощи. В работе рассмотрены основные принципы работы LAMP, способы детектирования продуктов реакции, а также микрофлюидные устройства и аналитические системы на основе LAMP, в том числе разработанные для экспресс-диагностики в условиях пандемии COVID-19.
Бесплатно
Статья
В настоящей работе рассматривается возможность электрораспыления на поверхность жидкости с целью накопления продуктов реакций, протекающих в микро- и нанокаплях факела электрораспыления. Для целей исследования была изготовлена экспериментальная установка. Стабильный режим электрораспыления водно-спиртовой смеси (4:1) на жидкий электрод, состоящий из аналогичной смеси, без использования потока спутного газа был получен при напряжении распыления U не менее 4 кВ и расстоянии между распылительной иглой и поверхностью жидкости R не более 15 мм. Ток распыления возрастал при уменьшении расстояния между распылительной иглой и поверхностью жидкого электрода и увеличении напряжения распыления. При использовании потока спутного газа был получен стабильный режим электрораспыления реакционной смеси, состоящей из 4 мл смеси ацетонитрила и 0.2 %-го раствора муравьиной кислоты в воде (1:1), 0.5 мл анилина и 0.5 мл ацетона, на поверхность жидкого электрода. Жидкий электрод — смесь 6 мл ацетонитрила и 6 мл 0.2 %-го раствора муравьиной кислоты в воде либо смесь 6 мл ацетонитрила и 6 мл воды при следующих значениях параметров работы экспериментальной установки: скорость подачи распыляемого раствора Qр = 100 мкл/мин, напряжение распыления U = 3.2 кВ, расстояние между поверхностью жидкого электрода и распылительной иглой R = 35 мм. Максимальная скорость потока спутного газа (до начала разбрызгивания жидкого электрода) составляла 2 л/мин. При использовании указанных значений параметров работы экспериментальной установки в жидком электроде накапливались соединения, представляющие собой продукты реакции компонентов распыляемой реакционной смеси между собой, и непрореагировавшие вещества, часть из которых была обнаружена спектрофотометрически.
Бесплатно
Измерение импульсных электрических параметров биологических жидкостей
Статья научная
В статье приводятся результаты измерений импульсных параметров (проводимости, сопротивления потерь, диэлектрической проницаемости и др.) проводящих жидкостей (дистиллированной воды, буферного раствора TrisH2SO4 pH 7.5 и физиологического раствора 0.154 M NaCl) при действии быстрозатухающего почти гармонического сигнала (всплеск, или wavelet) длительности 5-10 мкс и амплитуды (без нагрузки) до 30 кВ. Показано, что высокая электропроводность для буферного и физиологического растворов сильно уменьшает амплитуду импульса, но приводит к уменьшению тепловыделения, что позволяет исключать термические эффекты при изучении импульсного электрического воздействия на биологические системы.
Бесплатно
Измерения электрокинетического потенциала частиц биоколлоидов
Статья научная
В статье кратко обсуждаются методы измерений электрокинетического потенциала (дзета-потенциала) коллоидных частиц и проблемы, связанные с использованием этих методов. Наиболее подробно анализируются методы и приборы, основанные на измерениях динамического светорассеяния частиц и получившие в настоящее время широкое распространение. Показано, что допплеровская спектроскопия рассеянного частицами света сопряжена с трудностями не только при анализе размеров частиц, в особенности для полидисперсных коллоидов, но и прежде всего при измерениях дзета-потенциала, поскольку он определяется не столько размером, сколько всей совокупностью периферических параметров частиц. Предлагается способ измерения, близкий к классическому электрофорезу, в котором используется знакопеременное электрическое поле, минимизированы дрейфовая длина частиц и разность электрических потенциалов.
Бесплатно
Измерительная микрофлюидная система для культивирования клеток головного мозга млекопитающих
Статья научная
Прототипирование и разработка микрофлюидных систем для многих неспециализированных исследовательских биомедицинских лабораторий недоступны из-за дороговизны набора необходимого оборудования. Мы разработали способ переноса позитивного рисунка, сформированного методом фрезерования, с поверхности полиметилметакрилата на поверхность полидиметилсилоксана. Было обнаружено, что зуботехническая силиконовая масса для дублирования моделей Zhermack Elite double 22 имеет слабую адгезию на границе между давно застывшим слоем и застывающим. Это позволило дважды снять реплику с канализированной поверхности и получить копию фрезерованной канализированной поверхности на эластичном материале и показать, что полученный таким образом микрофлюидный чип пригоден для культивирования клеток.
Бесплатно
Статья научная
Распространенной технологией формирования микроструктур при изготовлении микрофлюидных чипов является метод "мягкой" литографии в полидиметилсилоксане. Для некоторых приложений этот материал должен быть впоследствии обработан физико-химическими или химическими методами с целью придания требуемых свойств, в частности - гидрофильных. При этом важной задачей является сохранение стабильности полученных свойств во времени и/или обеспечение возможности восстановления этих свойств. В статье приведены результаты исследований изменения свойств смачивания каналов микрофлюидного чипа и пластин из полидиметилсилоксана от времени хранения после плазменной обработки. Повторная обработка микрофлюидного чипа в кислородной плазме приводит к восстановлению гидрофильных свойств в каналах. Определение угла смачивания непосредственно в канале микрочипа позволяет оценивать эффективность обработки или модификации внутренней рабочей поверхности.
Бесплатно
К вопросу о корректности интерпретации экспериментальных данных по распределению пор
Статья научная
Показано, что при графической интерпретации экспериментальных данных порометрии образцов каких-либо продуктов наиболее полные сведения и практический интерес представляют гистограммы распределения пор по их диаметру. Представление экспериментальных данных в виде графиков в координатах (d V /d D , D ) или (d V /dlog( D ), D ), а также ( V , D ) не представляют практического (научного) интереса и могут привести к неправильным выводам о преимущественном преобладании в образце пор определенного диаметра и другим ошибкам.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен способ компенсации различия электрофоретической подвижности флуоресцентно-меченых фрагментов ДНК при определении нуклеотидной последовательности. Определены неравномерности исходной последовательности пиков. Выполнена оптимизация компенсирующих параметров для каждого цветового канала. Оценены результаты компенсации различия электрофоретической подвижности флуоресцентно-меченых фрагментов ДНК, при этом показано, что погрешности определения временнόго положения пиков значительно уменьшаются и имеют случайный характер. На конкретном примере выполнена оптимизация параметров временнόго сдвига пиков для каждого цветового канала и построены уточненные графики в диапазоне до 300 нуклеотидов. С целью расширения диапазона применимости предложенного способа можно использовать калибровку и линеаризацию горизонтальной оси. Предложенный способ обеспечивает надежное определение пропущенных и "лишних" пиков.
Бесплатно
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ВЕНОЗНОГО ТРОМБА НА МИКРОСИСТЕМАХ "ОРГАН-НА-ЧИПЕ"
Статья научная
Рассмотрены вариант имитации процесса образования тромба и изучение влияния при этом гидродинамических и температурных условий течения жидкой среды с применением микрофлюидного устройства, выполненного в соответствии с принципами создания микросистем "орган-на-чипе". Собственно формирование тромба физически имитировано процессом образования нерастворимого осадка фосфата кальция. Оценена возможность применения таких способов варьирования скорости химической реакции, как разбавление/концентрирование реагентов, изменение температуры, и их влияние на образование данного осадка. В первом случае изменяется скорость реакции, но не константа скорости; во втором — константа скорости (согласно зависимости Аррениуса), а вместе с ней и скорость. В характеристиках буфера учтены физико-химические показатели бедренной вены и венозной крови, диаметр и средняя скорость конвективного движения, плотность и коэффициент вязкости. Указанная информация позволяет, основываясь на совокупности критериев подобия гидродинамических явлений, обеспечить максимальную имитацию реальной динамики тромбообразования с возможным уменьшением временнóго масштаба — от среднего периода формирования тромба 29 мес. до, например, 29 ч.
Бесплатно
Масс-спектрометрическое изучение водно-ацетонитрильных растворов унитиола
Статья научная
Унитиоловый тест с измерением времени полуокисления унитиола электрохимическими и фотометрическими методами нашел широкое применение в изучении биологического влияния геомагнитных и космофизических факторов на живые организмы. Изучение продуктов окисления унитиола и скоростей их образования было проведено методом масс-спектрометриии с электрораспылением. Показано, что в масс-спектрах водно-ацетонитрильных растворов унитиола наряду с катионированным натрием ионом мономера унитиола (C3H7O3S3Na)Na+ присутствуют в значительном количестве ионы катионированных натрием ассоциатов унитиола общего вида (C3H7O3S3Na) n Na+, где величина n достигала 8. Интенсивности пиков ассоциатов уменьшались с увеличением числа молекул в ассоциате, однако общая интенсивность ассоциатов превышала интенсивность мономера. С повышением концентрации относительная суммарная интенсивность ассоциатов возрастала, что позволяет предположить их образование непосредственно в водном растворе. Изучение процессов окисления может дать дополнительную информацию о влиянии внешних условий на окислительно-восстановительные процессы живого организма.
Бесплатно
![Масс-спектрометрия с бомбардировкой быстрыми атомами в установлении путей биосинтеза пуринового рибонуклеозида [2н] инозина](/file/thumb/14265018/mass-spektrometrija-s-bombardirovkoj-bystrymi-atomami-v-ustanovlenii-putej.png "Масс-спектрометрия с бомбардировкой быстрыми атомами в установлении путей биосинтеза пуринового рибонуклеозида [2н] инозина")
Статья научная
Продемонстрирована возможность применения масс-спектрометрии с бомбардировкой быстрыми атомами (ББА) на импульсном масс-спектрометре VG-70 SEQ ("Fisons VG Analytical", США) для установления путей биосинтеза 2Н-меченого пуринового рибонуклеозида инозина, секретируемого в культуральную жидкость (КЖ) грамположительной хемогетеротрофной бактерией Bacillus subtilis ВКПМ B-3157 при выращивании на тяжеловодородной среде с 2 % гидролизатом дейтерированной биомассы метилотрофной бактерии Brevibacterium methylicum ВКПМ B-5662 как источника 2Н-меченых ростовых субстратов. Выделение [2Н]инозина из КЖ производили адсорбцией/десорбцией смеси рибонуклеозидов на поверхности активированного угля, экстракцией 0.3 М NH4-формиатным буфером (рН = 8.9) с последующей перекристаллизацией в 80 % этаноле и ионообменной хроматографией на колонке с катионообменной смолой AG50WX 4, уравновешенной 0.3 М NH4-формиатным буфером с 0.045 М NH4Cl. Исследование распределения дейтерия в молекуле биосинтетического [2H]инозина методом масс-спектрометрии ББА продемонстрировало включение 5 атомов дейтерия в молекулу (общий уровень дейтерированности - 62.5 атом. % 2H) с включением 3 атомов дейтерия в рибозный фрагмент и 2 атомов дейтерия - в гипоксантиновый фрагмент молекулы. Три не обмениваемые атома дейтерия были включены в рибозный фрагмент молекулы за счет гликолиза по пути Эмбдена-Мейергофа вследствие реакций ферментативной изомеризации глюкозы в 2H2O-среде с участием реакций изотопного (1Н-2Н) обмена, в то время как два других атома дейтерия при С2-, С8-положениях в гипоксантиновом остатке происходили из [2H]аминокислот дейтерированного метилотрофного гидролизата Brevibacterium methylicum ВКПМ B-5662.
Бесплатно
Металл-аффинный сорбент на основе оксида кобальта: исследование поверхностных и сорбционных свойств
Статья научная
В работе проведено исследование сорбционных свойств частиц оксида кобальта(III), полученных в ходе самораспространяющегося микроволнового синтеза. Значение удельной поверхности частиц составило 26 м2/г, объем пор 0.056 см3/г. На примере выделения лекарственного препарата диклофенак из воды показана возможность использования наночастиц в качестве металл-аффинного сорбента. Сорбционная емкость по диклофенаку составила 2.1±0.1 мкг/мг, а применение в качестве элюента смеси аммиак-ацетонитрил позволило достигнуть степени экстракции до 98 %.
Бесплатно
Методика обработки данных при плавлении продуктов полимеразной цепной реакции в реальном времени
Статья научная
В статье изложены результаты разработки методики обработки данных для получения высокого разрешения при плавлении продуктов полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени. В работе использован способ аппроксимации производной кривой плавления ДНК с помощью производной сигмоидальной функции (СФ) с одновременной компенсацией дрейфа нулевой линии и фильтрацией шума. Предлагаемая методика позволяет уменьшить шаг дискретности измерения температуры плавления Tm для экспериментальной кривой плавления с шагом 1 ºС до величины 0.1 ºС и менее, а также уменьшить влияние на погрешность измерения температуры плавления Tm шумов и дрейфа нулевой линии.
Бесплатно
Методы выделения и очистки ДНК из лизатов клеток (обзор)
Статья научная
В представленном обзоре рассмотрены методы выделения и очистки ДНК из лизатов клеток, классифицированные по основным принципам и конкретным средствам, использованным с этой целью. Изложены известные на сегодняшний день преимущества, особенности использования и возможные ограничения для ПЦР-анализа. Использованные материалы включают как обзорные публикации, так и ряд "старых" работ, которые до сих пор не потеряли своей актуальности и являются основой для разработки современных нестандартных методов выделения и очистки ДНК.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждаются результаты разработки микрофлюидного устройства для исследования миграции клеток под действием хемоаттрактантов. Проведены численные расчеты распределения концентрации хемоаттрактанта в различных конструкциях микрофлюидного чипа, а также оценена сила взаимодействия клеток с потоком жидкости. На основе результатов моделирования разработана конструкция микрофлюидного чипа. Изготовление микрофлюидных устройств для экспериментальных исследований осуществлялось методом "мягкой" литографии в полидиметилсилоксане. Приведены результаты исследований, выполненные на примере клеток СНО и HepG2, подтверждающие работоспособность чипа и адекватность предлагаемого подхода.
Бесплатно
Моделирование процесса насыщения кислородом биологических тканей с помощью оптоакустического метода
Статья научная
Работа посвящена моделированию оптоакустических сигналов от эритроцитов с учетом кислородонасыщения для лазерного излучения с длиной волны 700 нм. Смоделированы пространственные организации тканей, непересекающихся, случайно распределенных смесей оксигенированных и дизоксигенированных эритроцитов в двумерном пространстве. Представлена теоретическая модель для изучения влияния SO2 крови на оптоакустические сигналы. Для этого рассматривались смеси оксигенированных и дизоксигенирован- ных эритроцитов. Полученный сигнал от эритроцитов был рассчитан с использованием принципа линейной суперпозиции для сигналов, излучаемых отдельными эритроцитами. Было замечено, что амплитуда оптоакустического сигнала возрастала по мере уменьшения SO2 для оптического излучения 700 нм.
Бесплатно
Нанокалориметр для измерения теплопродукции в митохондриях
Статья научная
Измерение трансформации и диссипации энергии в митохондриях калориметрическим методом было осуществлено во второй половине прошлого столетия. Однако до настоящего времени не было создано специализированного калориметра для этой цели. Выбор соединений, обеспечивающих разобщенное дыхание митохондрий без повреждения компонентов дыхательной цепи, для использования в составе фармацевтических композиций лекарственных средств, разработка новых нейропротекторов, новых нефропротекторов, требуют прецизионных измерений тепловыделений митохондрий под действием различных разобщителей окислительного фосфорилирования. В ИБП РАН создан капиллярный дифференциальный нанокалориметр для изучения трансформации и диссипации энергии в митохондриях, который отвечает этим требованиям. Принципиальное достоинство калориметра заключается в том, что он имеет тепловые мосты для термостатирования инъекции митохондрий. В них инъекция митохондрий приобретает температуру измерительного объема калориметрических камер в течение нескольких секунд. Митохондрии вводятся тонким слоем по всей длине калориметрической камеры, перемещающейся дозирующей иглой. Это обеспечивает смешивание митохондрий с образцом без больших энергетических затрат и тепловых шумов. Прецизионные измерения тепловой мощности процессов трансформации и диссипации энергии в митохондриях выполняются с абсолютной погрешностью не более 50 нВт.
Бесплатно
