Приборостроение физико-химической биологии. Рубрика в журнале - Научное приборостроение
Статья научная
Рассмотрена возможность изучения внутренней структуры воды по зависимости тангенса диэлектрических потерь от частоты с использованием метода низкочастотной индуктивной диэлькометрии. Экспериментальная установка для проведения измерений в диапазоне частот 40-800 кГц построена на основе стандартного куметра, модернизированного путем разработки набора специализированных катушек индуктивности. Возможности метода и экспериментальной установки продемонстрированы на примере исследования воды в водных растворах электролитов и биологически активных веществ различных концентраций, меняющихся в широких пределах. Показано, что бидистиллированная вода характеризуется падающей частотной зависимостью тангенса диэлектрической проницаемости, причем для обеспечения хорошей воспроизводимости требуется использование свежих растворов. Растворы солей щелочных металлов демонстрируют наличие сильной и немонотонной дисперсии тангенса диэлектрических потерь в интервале концентраций 10-4- 10-6 М, приводящей к формированию линейчатых спектров, причем внутри этого интервала характер кривых существенно меняется с концентраций. При концентрациях ниже 10-6 М растворы всех солей демонстрируют поведение, близкое к бидистилляту. Наоборот, растворы биоактивных молекул, таких как фенозан калия, сохраняют практические одинаковые спектры дисперсии в очень широком диапазоне концентраций от 10-5 до 10-16 М. Предложено интерпретировать измеряемую низкочастотную область спектра тангенса диэлектрических потерь как следствие внутренней структуры воды, возникающей в контакте с ионами и органическими молекулами.
Бесплатно
Статья научная
В приближении тонкого двойного слоя приведены все необходимые выражения для оценки дисперсии диэлектрической проницаемости дисперсной системы, состоящей из взвеси дисперсной фазы в виде однородных шарообразных частиц и жидкой однородной дисперсионной среды. За основу взята теория поляризации Максвелла–Вагнера применительно к такой дисперсной системе Приведенные выражения позволяют установить возможные пути использования явления гигантской дисперсии диэлектрической проницаемости указанной гетерогенной системы для повышения скорости электрофореза в процессе секвенирования биоматериалов с использованием капиллярного электрофореза.
Бесплатно
ОПЕРАТИВНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ МИКРОЧИПОВ ДЛЯ ПЦР-АНАЛИЗА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
Статья научная
Методами термоформования и герметизации специальными пленками для ПЦР изготовлены микрочипы из поликарбоната и полипропилена. Работоспособность микрочипов продемонстрирована путем проведения ПЦР-РВ на тест-объекте. Полученные микрочипы из поликарбоната и полипропилена выдерживают хранение при отрицательных температурах (–40 °C).
Бесплатно
Статья научная
Предложен вариант метода детектирования микроцистинов и анатоксина-а, основанный на их специфической фрагментации при тандемном масс-спектрометрическом анализе, с применением масс-спектрометрии низкого разрешения. Приведены значения m/z, структура диагностических ион-продуктов и тандемные спектры для 9 вариантов наиболее распространенных микроцистинов. На основании полученных фрагментных масс-спектров и систематизированных литературных данных предложена новая классификация ион-продуктов микроцистинов, значительно облегчающая процедуру их идентификации и позволяющая по набору диагностических фрагментов установить структуру разных вариантов микроцистинов без использования стандартных соединений. Представленный метод исследования микроцистинов и анатоксина-а с помощью масс-спектрометрии низкого разрешения может быть рекомендован как для качественного, так и количественного определения указанных цианобактериальных метаболитов в биомассе цианобактерий, в природной и питьевой воде в отсутствие полного набора стандартных соединений.
Бесплатно
Определение модельных констант при вычислении температуры плавления ДНК
Статья научная
В настоящей статье описаны факторы, влияющие на величину определяемой температуры плавления ДНК T m, оценена степень их влияния. Выполнен обзор существующих моделей для вычисления температуры плавления ДНК, выявлено значительное расхождение результатов применения моделей и экспериментальных данных. Предложено применение упрощенных моделей, учитывающих зависимость температуры T m от некоторых факторов при неизменных иных факторах. В качестве примера приведена упрощенная модель, учитывающая зависимость от длины фрагмента ДНК и содержания GC-пар нуклеотидов. Описана методика определения модельных констант для вычисления температуры плавления ДНК на основе анализа результатов экспериментов и данных из известных литературных источников. Отклонение температуры плавления T m при использовании модели, уточненной по экспериментальным данным, не превышает 0.29 °C, значение СКО составляет 0.13 °C.
Бесплатно
ПОКОЛЕНИЯ МЕТОДОВ СЕКВЕНИРОВАНИЯ ДНК (ОБЗОР)
Статья научная
C момента разработки Фредериком Сэнгером и его коллегами революционного метода секвенирования ДНК прошло несколько десятилетий. Это исследование дало толчок усовершенствованию новых методов, которые открыли большие возможности для недорогого и быстрого секвенирования ДНК. После проекта "Геном человека" временной интервал между технологиями секвенирования начал сокращаться, в то время как объем научных знаний продолжал расти в геометрической прогрессии. Вслед за секвенированием Сэнгера, рассматриваемым как первое поколение, последовательно в практику были введены новые поколения секвенирования ДНК. Развитие технологий секвенирования следующего поколения (NGS) внесло существенный вклад в эту тенденцию за счет снижения затрат и получения массивных данных секвенирования. К настоящему времени выделяют три поколения технологий секвенирования. Секвенирование второго поколения, которое в настоящее время является наиболее часто используемой технологией NGS, состоит из этапов подготовки библиотеки, амплификации и секвенирования, в то время как при секвенировании третьего поколения отдельные нуклеиновые кислоты секвенируются напрямую, чтобы избежать систематических ошибок и иметь более высокую пропускную способность. Развитие новых поколений секвенирования позволило преодолеть ограничения традиционных методов секвенирования ДНК и нашло применение в широком спектре приложений молекулярной биологии. С другой стороны, с развитием технологий следующих поколений возникает множество технических проблем, которые необходимо глубоко анализировать и решать. Каждое поколение и платформа секвенирования в силу своего методологического подхода имеет характерные преимущества и недостатки, которые определяют пригодность для тех или иных приложений. Таким образом, оценка этих характеристик, ограничений и потенциальных приложений помогает сформировать направления дальнейших исследований технологий секвенирования.
Бесплатно
Статья обзорная
Активированный уголь обладает превосходными электрохимическими характеристиками, такими как большая удельная площадь поверхности, быстрый перенос ионов/электронов, контролируемая химия поверхности, что делает его перспективным кандидатом в качестве электродного материала для электрохимических устройств. Биомасса из сельскохозяйственных продуктов и отходов является многообещающим прекурсором для производства активированного угля, поскольку она широко распространена и возобновляема, проста в обработке и экологически безопасна. В данном обзоре сравниваются электродные материалы, используемые для электрохимических устройств, приводятся их преимущества и недостатки, а также раскрывается актуальность использования углеродных материалов. В качестве перспективного электродного материала рассматривается биомасса различного состава. Приведены данные по методам получения активированного угля из биомассы, способам его активации и параметрам оценки эффективности электродных систем. Рассмотрены возможные модификации активированного угля, повышающие его проводимость. В заключение дано описание широкого круга подходящих источников биомассы и возможности их применения в различных электрохимических устройствах. На основании приведенных данных можно сделать вывод, что активированный уголь, полученный из биомассы, является перспективным кандидатом в качестве электрода для высокоэффективных электрохимических устройств.
Бесплатно
Статья научная
Оптимизированы параметры электрофоретического осаждения TiO2 на подложку из нержавеющей стали. Полученное покрытие было использовано в качестве эмиттера ионов при поверхностно-активированной лазерной десорбции-ионизации (ПАЛДИ). Продемонстрирована высокая эффективность полученных покрытий для ПАЛДИ амиодарона с последующим анализом путем масс-спектрометрии ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье. Дополнительная модификация покрытий полидиметилсилоксаном значительно повышает чувствительность ПАЛДИ-МС-анализа.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложена усовершенствованная модель сигналов кривой плавления ДНК и методика оптимизации ее параметров на основе одного из наиболее эффективных способов обработки сигналов - способа аппроксимации с помощью сигмоидальной функции (СФ). Основным результатом применения СФ является определение величины температуры плавления ДНК T m. При использовании предлагаемой методики аппроксимируется непосредственно кривая плавления, построение производной кривой плавления не требуется. Результаты применения СФ представлены в графическом виде. Показана возможность полной автоматизации вычислений для определения температуры плавления ДНК.
Бесплатно
Применение металл-оксидных сорбентов для извлечения диазинона из воды
Статья научная
Проведено исследование степени экстракции инсектицида диазинона из водной матрицы на наночастицах оксидов титана, циркония и железа(III), полученных в ходе модифицированного золь-гель синтеза, в сравнении с коммерческим порошком TiO2 (P25). Степень извлечения диазинона для оксидов циркония и титана составила 86 и 77 % соответственно, для порошка TiO2 (P25) значение степени извлечения не превышало 46 %.
Бесплатно
Принципы, технологии и устройства "капельной" микрофлюидики. Ч. 1 (обзор)
Статья обзорная
"Капельная" микрофлюидика является перспективной основой создания микроустройств для анализа различных биологических объектов и синтеза веществ в предельно малых изолированных объемах. Хотя за последние годы зарубежными исследователями были продемонстрированы впечатляющие возможности "капельной" микрофлюидики для многих практических применений, ее потенциал до сих пор не исчерпан. Обзор представлен в нескольких частях. В первой части обзора изложены следующие темы. - Физика процесса. Образование капель. - Моделирование процессов в "капельной" микрофлюидике. - Устройства для формирования капель. В темах освещены основные представления о физике процессов в "капельной" микрофлюидике, рассмотрены механизмы и режимы формирования капель с применением микрофлюидных устройств различной конструкции.
Бесплатно
Принципы, технологии и устройства "капельной" микрофлюидики. Ч. 2 (обзор)
Статья обзорная
Обзор представлен в нескольких частях. В первой части обзора изложены следующие темы. - Физика процесса. Образование капель. - Моделирование процессов в "капельной" микрофлюидике. - Устройства для формирования капель. Во второй части приведены разделы: - устройства для слияния капель: пассивные методы и активные методы; - обработка и модификация поверхности; - создание стабильных эмульсий в микрофлюидных устройствах. Здесь подробно обсуждаются базовые топологии микроустройств для слияния капель. Особое внимание уделяется методам и способам модификации рабочей поверхности полидиметилсилоксана - материала, наиболее часто применяемого для прототипирования микрофлюидных чипов. В отдельном разделе представлены способы создания стабильных эмульсий с использованием поверхностно-активных веществ.
Бесплатно
Статья научная
Предложена новая методика автоматического определения температуры Тm плавления ДНК, основанная на аппроксимации зависимости флуоресцентного отклика плавления ДНК. Диапазон аппроксимации определяется автоматически и используется для вычислений величины Тm. Полностью исключена составляющая погрешности, которая определяется дискретностью сигналов. Показана возможность сокращения времени анализа. На основе предложенной методики разработана экспериментальная версия программного обеспечения режима плавления ДНК высокого разрешения для анализаторов нуклеиновых кислот АНК-32, АНК-48 и экспериментального образца АНК-96. Экспериментально определены случайная и систематическая погрешности измерения величины Тm
Бесплатно
СБОР ГЕНЕТИЧЕСКИХ БИОМАТЕРИАЛОВ (ДНК) С ПОВЕРХНОСТЕЙ: МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА
Статья научная
В обзоре рассмотрены современные технологии и тенденции развития в разработке приборов для взятия проб, в том числе контактной ДНК с различных поверхностей и предметов. В статье рассматривается эффективность сенсорных методов восстановления ДНК и устройств, используемых для сбора ДНК с различных поверхностей на месте преступления для судебно-медицинской лаборатории, а также рассмотрены проблемы, ограничения методов и современные тенденции развития. Разобраны распространенные и новые методы сбора проб, а именно: соскабливание, вырезание, тампоны (и протирание тампонами), подтяжка лентой и гелем, замачивание, Bardole M-vac, сухой и влажный вакуум и другие.
Бесплатно
СЕКВЕНС РНК ВИРУСА COVID-19: КОРОТКИЙ ОБЗОР
Статья научная
Первая статья по массивному параллельному РНК-секвенсу была напечатана лишь в 2018 г., т. е. за два года до начала коронавирусной пандемии. Первая удовлетворительная статья по секвенсу COVID-19 поступила в редакцию Nature 3 февраля 2020 г. и была опубликована 12 марта. В этой статье сообщалось о РНК-секвенсе последовательности из 29 903 нуклеотидов этого вируса. Пионерская статья в журналах Американского химического общества на эту тему (23 марта) посвящена бумажным чипам.
Бесплатно
Статья научная
На сегодняшний день микрофлюидные технологии представляют интерес как для фундаментальной науки, так и в связи с возможными практическими приложениями в области биомедицины и генной инженерии. Применение методов литографии, основанных на использовании заряженных электронных и ионных пучков, открывает широкие возможности по созданию микро- и наноканалов, наноразмерных пор, а также внедренных в них функциональных наноструктур более сложной формы. В рамках данного исследования была разработана и апробирована методика создания микрофлюидных чипов с двумя проточными ячейками (камерами) объемом не более 0.05 см3, соединенных между собой системой наноканалов шириной ~90 нм. Данная методика позволяет создавать массивы каналов с заданной шириной и глубиной. Системы с микро- и наноканалами и нанопорами могут найти применение в исследованиях транспортных свойств как ионов, так и различных молекул при их движении через наноканалы. Кроме того, подобные структуры могут быть успешно использованы при разработке высокочувствительных биосенсорных систем и в системах "lab-on-achip".
Бесплатно
Статья научная
Лабораторные биореакторы малого объема (до 5 л) являются удобным и эффективным инструментом для проведения биотехнологических процессов, тематика которых весьма разнообразна. Главной целью их использования являются углубленное изучение особенностей процессов, проводимых в контролируемых условиях, а также их дальнейшая оптимизация и масштабирование. В данной работе предложен лабораторный биореактор малого объема ЛБ-1 (1.5 л), перемешивание в котором осуществляется за счет возвратного тока жидкой фазы между двумя цилиндрическими емкостями под действием сжатого воздуха (перколяция). При этом насыщение питательной среды газами происходит в пленке жидкости на поверхности емкостей и твердотельных носителей. Массообменные характеристики позволяют классифицировать ЛБ-1 как пленочный биореактор колонного типа, который может быть использован для культивирования микроорганизмов, чувствительных к механическому воздействию, а также для иммобилизованных омываемых культур. Кроме того, был разработан погружной теплообменник, особенности работы которого выявлены с помощью численного моделирования процесса термостатирования. На основе результатов гидродинамического моделирования был разработан паростерилизуемый крестообразный разъем с перегородкой для асептического отбора проб.
Бесплатно
Флуоресценция 9-аминоакридина в препаративных суспензиях грибов Aspergillus и Penicillium
Статья научная
В статье приводятся результаты экспериментальных исследований флуоресценции 9-аминоакридина в водных суспензиях, содержащих диспергированный мицелий и споры грибов-биодеструкторов рода Aspergillus и Penicillium. Показано, что кроме характерного для аминопроизводных акридина тушения флуоресценции в основном максимуме (460 нм для 9-аминоакридина) имеет место появление длинноволновой флуоресценции (около700 нм). Предложена модельная схема, объясняющая генерацию длинноволновой флуоресценции как результат димеризации молекул красителя на полисахаридной матрице грибного мицелия. Предложено использовать измерение уровня длинноволновой флуоресценции как инструментальный метод контроля развития грибов на различных материалах.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ определения основных параметров амплификации полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-РВ): эффективности ПЦР и длительности температурного цикла. По результатам проведенных экспериментов и сравнительных расчетов определены режимы амплификации, обеспечивающие сокращение времени анализа и повышение производительности анализаторов нуклеиновых кислот.
Бесплатно
Электропроводность и полупроводниковые параметры биологических мембран
Статья научная
В статье обосновывается туннельная природа трансмембранного тока и суммируются представления о механизмах этого тока. Произведен расчет параметров, характеризующих электропроводность мембран, в частности кинетики электронных переходов, удельной электропроводности, подвижности и концентрации носителей, что целом позволяет рассматривать биологическую мембрану как эквивалентный полупроводник. Материал статьи направлен, в частности, на проблему разработки и исследования биотехнических устройств на основе естественных и синтезированных биологических мембран.
Бесплатно
