WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS


Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 31 |

Ульянова онега владимировна методология повышения безопасности бактериальных вакцин на модели вакцинных штаммов brucella abortus 19 ba, francisella tularensis 15 нииэг, yersinia

-- [ Страница 16 ] --

Как видно из приведенного выше рисунка, смещение вдоль оси Z составляет z r cos( ) ; смещение вдоль оси Y - y r sin( ) sin( ), смещение вдоль оси X – Рисунок 24 – Возможные направления смещения молекулы синглетного кислорода после взаимодействия с молекулой кислорода: r – расстояние смещения, X, Y, Z – После некоторого числа N взаимодействий О2* с молекулой воды, полное смещение О2* вдоль оси Z равно:

полное смещение О2* вдоль оси Y равно:

полное смещение О2* вдоль оси X равно:

Если некоторая случайная величина i равномерно распределена на интервале [0;

распределены в интервале [0; 2]. Безусловно, подобное заключение справедливо лишь в том частном случае, если проводится ренормализация каждой суммы (1 + правилом 2 mantissa.

Поскольку величины x, y и z представляют собой суммы случайных величин (5 а-в), то, как показано в книге Бендат и Дж. Пирсол А. (1989), x, y и z подчиняются гауссовой статистике, если сумма вкладов, т.е. число N достаточно велико. Таким образом, соотношения (5 а–в) могут быть существенно упрощены:

случайных величин выполняется следующее соотношение:

Следовательно, среднеквадратические отклонения величин полных смещений молекул О2* вдоль осей X и Y равно:

Поскольку N велико, то (в силу центральной предельной теоремы) смещение молекул синглетного кислорода вдоль каждой из осей подчиняется гауссовому распределению. Функция распределения плотности вероятности имеет вид:

Соотношения (8) и (9) были проверены на основе компьютерного моделирования.

Гипотеза о нормальном распределении была проверена и принята с уровнем значимости = 0.05.

Полученные выражения позволяют оценить размер эффективной области взаимодействия молекул О2* с клетками бактерий E. coli В6 и P. aeruginosa 27533. У каждой молекулы О2*, участвующей в броуновском движении, есть шанс попасть в мембрану бактериальной клетки если отклонение молекулы вдоль осей X или Y не превысит размер клетки. Это означает, что должно выполняться следующее условие:

3 x 3 y 2 R 0. Оценка отношения, принимая во внимание, что молекула О2* претерпела N столкновений с молекулами воды:

По форме клетки E. coli В6 и P. aeruginosa 27533 представляют собой палочки, а в модели они рассматривались как объекты сферической формы. При этом, радиус «эквивалентной» бактерии R0 был оценен как среднее арифметическое по осям X и Y, т.e.

Методом математического анализа установлено, что молекулы О2* могут взаимодействовать с бактериальными клетками только в том случае, если они образуются под действием света в области равной 2R и показанной на рисунке 25.

Размеры области эффективного взаимодействия составляют порядка 1 мкм, что сопоставимо с длиной волны света.

Полученный результат позволяет выявить роль пространственной (продольной и поперечной) когерентности излучения при его воздействии на бактериальные клетки.

Рассмотрим облучение бактериальной взвеси низкокогерентными спеклами с типичной шириной линии = 10 нм при средней длине волны = 650 нм. Длина продольной когерентности в этом случае составляет Рисунок 25 – Иллюстрация процессов взаимодействия молекул О2* с клетками E. coli B 6: а – зона эффективного взаимодействия, б – бактериальная клетка;

низкокогерентного излучения) описывается формулой:

где - средний продольный размер спеклов; – длина волны, z – расстояние от плоскости рассеяния до плоскости наблюдения спеклов; a - поперечный размер освещенной области.

проделанных экспериментах z a 1 мм ), || 10, т.е. на порядок превышает длину волны.

Сравним размер эффективной области взаимодействия с продольным размером спеклов и продольной длиной когерентности. Будучи равным среднему размеру бактериальной клетки, размер области взаимодействия примерно в 100 раз меньше продольной длины когерентности и, по крайней мере, в 10 раз меньше продольного размера спеклов. Таким образом, даже при освещении низкокогерентным светом, клетки, взаимодействующие с О2*, находятся в пространственно однородном поле и воспринимают низкокогерентное квазимонохроматичное излучение как полностью когерентное, т.е. лазерное.

Выясним, как соотносятся поперечные размеры спеклов с размерами области эффективного взаимодействия. Средний поперечный размер спеклов определяется формулой (Марешаль с соавт., 1964):

где – средний поперечный размер спекла, – длина волны, z – расстояние от плоскости рассеяния до плоскости наблюдения, a – поперечный размер освещенной области.

Даже в ближней зоне,, т.е. по-прежнему больше размера эффективной области взаимодействия.

Таким образом, выявлено, что размеры области, где формируются молекулы синглетного кислорода, которые могут принять участие в реакциях с компонентами клеточной мембраны, довольно малы и составляют порядка 1 мм. Однако на практике размеры упомянутой области значительно меньше. Как показывают результаты статистического моделирования, вероятность встречи движущейся молекулы синглетного кислорода с бактериальной клеткой составляет менее 5 %, если молекула синглетного кислорода находится от поверхности мембраны на расстоянии, превышающем диаметр бактериальной клетки. Данные результаты были получены в предположении, что векторы скоростей движения молекул кислорода, участвующих в броуновском движении, распределены равномерно по всем направлениям. Проведенный анализ позволяет также сделать вывод о том, что пространственная когерентность не играет принципиальной роли в процессах взаимодействия бактериальных клеток с лазерным излучением. Кроме того, световые диоды от лазерных выгодно отличает надежность. Лазерные диоды сгорают при повышении напряжения даже на 5 %, световые диоды устойчивы к перепадам напряжения в электрической сети. Световые диоды можно подключать последовательно, что обеспечит одинаковую силу тока, т.е. его стабилизацию. При использовании в промышленных установках, когда необходимо будет использовать большое количество диодов, безусловно, приобретение световых диодов значительно экономичнее.





Как показали проведенные исследования, результат инактивации клеток E. coli spp. и P. aeruginosa spp. под ФДВ зависит от комбинации таких параметров как концентрация клеток в бактериальной взвеси, концентрации фотосенсибилизатора, плотности мощности облучения и времени облучения. Для поиска оптимального их сочетания, необходимо провести математическое моделирование.

Построение модели проводили для случая инактивации бактерий штамма P. aeruginosa 27853. Чтобы построить математическую модель провели серию дополнительных экспериментов по облучению клеток P. aeruginosa 27853. В эксперименте использовали бактериальные взвеси с концентрацией клеток 105, 107 и 109 м.к./мл. Концентрация МС составляла 0,05; 0,5 и 5 %. Время облучения – от до 180 мин. Для каждой бактериальной взвеси экспериментально измеряли отношение:

где М – величина, характеризующая степень поражения клетки, Ko – количество живых клеток в облучаемой взвеси, Kс – количество клеток, выживших после облучения.

(концентрация МС, мощность излучения, время излучения) искали в виде (модель первого типа) где С– концентрация фотосенсибилизатора, Pср – средняя мощность облучения, T – длительность облучения, 1, 2,3,4 – искомые константы.

Подгонку параметров осуществляли методом наименьших квадратов. Пример нахождения теоретической зависимости, аппроксимирующей экспериментальные экспериментальных точек от теоретической аппроксимирующей кривой составляет 9.4 %.

Аналогичные зависимости были получены при инактивации клеток штамма P. aeruginosa 27533 и штаммов E. coli В6, E. coli К12, E. coli О1 лазерными диодами на длине волны 0 = 650 нм и световыми диодами на длине волны 0 = 650 нм при = 10 нм; плотность мощности варьировали в интервале от 1 до 5 мВт/см2. Во всех указанных случаях облучения бактерий, как полностью когерентным светом, так и низкокогерентными спеклами относительная погрешность аппроксимации данных не превышала 15 %.

На основе результатов, полученных в эксперименте, была проведена идентификация параметров предложенной математической модели (16). При проведении идентификации было сделано важное допущение, состоящее в том, что Рисунок 26 – Зависимость относительного количества выживших клеток P. aeruginosa 27853 от времени облучения светом лазера ( = 630 нм, I = мВт/см2): точки – экспериментальные данные, сплошная линия – средняя величина M поражения отдельной клетки в точности соответствует относительному количеству пораженных клеток во всей бактериальной взвеси.

Результаты идентификации параметров математической модели взаимодействия излучения с клетками представлены в таблице 4.

Интересно отметить, что значения коэффициентов, определенных для различных штаммов микроорганизмов при воздействиях диодного и лазерного излучений, в ряде случаев, значительно отличаются между собой. Это означает, что предложенная нелинейная модель не универсальна, а описывает поведение системы «клеткалазерное излучение» в достаточно узком интервале значений.

При значительном изменении условий облучения (плотность мощности излучения, длительность облучения, концентрация фотосенсибилизатора и т.д.) нужно проводить повторную идентификацию параметров модели на основе экспериментальных данных.

С использованием предложенной математической модели было проведено компьютерное моделирование процессов облучения бактериальных клеток динамическими спекл-полями. Для характеристики степени поражения мембраны бактерий P. aeruginosa 27853 в результате фотодинамического воздействия использовали характеристику Lesion 1.

Разработанная модель позволяет найти режимы, при которых происходит гарантированная инактивация бактерий P. aeruginosa 27853. Это дает возможность в эксперименте ограничить область искомых параметров. Результаты численного моделирования с использованием модели первого типа (на примере облучения взвеси клеток P. aeruginosa 27853 мощным высококогерентным излучением, = нм, I = 200 мВт/см2) представлены на рисунке 27. Степень фотопоражения клеток увеличивается с течением времени, стремясь к максимальному значению равному 1, соответствующему полной инактивации всех клеток взвеси (Рисунок 28). При этом максимум распределения смещается к 1. Как показывают вычисления, вероятность инактивации всех клеток взвеси близка к 1 при длительности облучения более мин (Рисунок 27 е).

Согласно проведенным предварительным экспериментам по инактивации бактерий E. coli spp., P. aeruginosa spp. методом ФДВ и математическому моделированию установлены оптимальные параметры фотовоздействия:

Рисунок 27 – Времення динамика величины Lesion клеток P. aeruginosa 27853 при облучении когерентным светом: а – после 6 сек облучения; б – после 1 мин облучения; в - после 3 мин облучения; г – после 10 мин облучения; д – после Рисунок 28 – Изменение функции плотности вероятности величины Lesion с течением времени: а - после 6 сек облучения; б – после 1 мин облучения; в - после мин облучения, г – после 10 мин облучения; д после 20 минут облучения; е – после использование бактериальных взвесей в концентрации 1·109 м.к./мл, раствора метиленового синего в концентрации 0,005 %, применение световых диодов в лабораторной установке для инактивации бактерий с плотностью мощности излучения 1 мВт/см2.



Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 31 |
 


Похожие материалы:

« СТЕПАНОВ Николай Витальевич СОСУДИСТЫЕ РАСТЕНИЯ ПРИЕНИСЕЙСКИХ САЯН 03.02.14 - Биологические ресурсы Диссертация на соискание учёной степени доктора биологических наук Красноярск 2014 СОДЕРЖАНИЕ 4 Введение Глава 1. История исследования флоры 14 Глава 2. Физико-географические условия. 28 29 2.1. Геоморфология, орогенез, геология 33 2.2. Гидрография 35 2.3. Климат 39 2.4. Почвы 41 2.5. Растительность Глава 3. Материалы и методы исследований. 72 Глава 4. Анализ флоры сосудистых ...»

«НА ПРАВАХ РУКОПИСИ СИГИДА РОМАН СЕРГЕЕВИЧ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ РИТМОСТАЗА У ПОДРОСТКОВ С РАЗЛИЧНОЙ АДАПТАЦИЕЙ К УЧЕБНЫМ НАГРУЗКАМ 03.00.13 – ФИЗИОЛОГИЯ Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор В.А. Батурин Ставрополь - 2004 2 Принятые сокращения АД –артериальное давление АМо- амплитуда моды АП - адаптационный потенциал ВПМ- вариационная пульсометрия ДАД –диастолическое артериальное давление ДМ –динамометрия ...»

« РЫЛЬНИКОВ Валентин Андреевич ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПОДХОДЫ К УПРАВЛЕНИЮ ЧИСЛЕННОСТЬЮ СИНАНТРОПНЫХ ВИДОВ ГРЫЗУНОВ (на примере серой крысы Rattus norvegicus Berk.) Специальность 03.00.16 – экология Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук Пермь – 2007 2 Оглавление Введение………………………………………………………………………. 7 Глава 1. Обзор литературы 1.1. Экология серой крысы (пасюк)………………………………………… 25 1.1.1. Характеристика питания серой крысы…….………………………… 25 1.1.2. ...»

« Подсвирова Ирина Александровна Микробиологический мониторинг патогенов гнойновоспалительных заболеваний в хирургических отделениях и в отделении реанимации и интенсивной терапии в многопрофильном стационаре 03.02.03 – микробиология Диссертация на соискание учёной степени кандидата медицинских наук Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор Андрей Юрьевич Миронов доктор медицинских наук Елена Васильевна Алиева Ставрополь — 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ...»

« Орлова Дарья Юрьевна КИНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ЛИГАНД-РЕЦЕПТОРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРОТОЧНОЙ ЦИТОМЕТРИИ И ЛАЗЕРНОЙ СКАНИРУЮЩЕЙ МИКРОСКОПИИ Специальность 03.01.02 – биофизика Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Научный руководитель доктор физико-математических наук Мальцев В.П. Новосибирск – 2011 Содержание Введение Глава 1 Обзор литературы 1.1. “Лиганд” и “рецептор”. Типы клеточных рецепторов ...»

« 'Oi.200.7 1 5 5 9 3 МИНАЕВА Любовь Валерьевна ^/-/eMaci^cL^ ЭКСПЕРРТМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА РОЛИ ИЗМЕНЕНИЙ СИСТЕМЫ ГЛУТАТИОНА В РЕАЛИЗАЦИИ ПОБОЧНЫХ ЦИТОТОКСИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ПОВТОРНОГО ВВЕДЕНИЯ ЦРЖЛОФОСФАНА 14.00.20 - токсикология, 03.00.04 - биохимия Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Научные руководители: доктор медицинских наук профессор А.И.Карпищенко кандидат медицинских наук С.И.Глушков САНКТ- ПЕТЕРБУРГ 2007 2 ОГЛАВЛЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ...»

« ЛАРИОНОВ АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ РАЗНООБРАЗИЕ СТЕПНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ГРАДИЕНТЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОСТИ КЛИМАТА В ХАКАСИИ 03.00.05 – БОТАНИКА Научный руководитель Ермаков Николай Борисович д.б.н., с.н.с. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Новосибирск - 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования Цели и задачи исследования Защищаемые положения Научная новизна Практическая значимость Апробация работы и публикации Благодарности ГЛАВА 1. ...»

«Кочерина Наталья Викторовна АЛГОРИТМЫ ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКОГО УЛУЧШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЙ Специальность 03.00.15 – Генетика Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный руководитель доктор биологических наук, профессор, академик РАСХН В. А. Драгавцев Санкт–Петербург – 2009 2 Оглавление Глава I. Введение…………………………………………………….……….…4 О реальной природе организации сложных полигенных экономически важных признаков растений…….……………………9 Глава II. Постановка задач ...»

« ГАЛКИНА МАРИЯ АНДРЕЕВНА БИОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИНВАЗИОННЫХ ВИДОВ РОДА BIDENS L. В ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ 03.02.01 – БОТАНИКА ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК Научный руководитель д.б.н. Виноградова Ю.К. Москва – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ……………………………………………………………………….4 Глава 1. Объекты и методы ………………………………………………….10 Глава 2. История распространения инвазионных видов рода Bidens L. на территории Европы …………………………………… Глава 3. ...»

« Никитенко Елена Викторовна МАКРОЗООБЕНТОС ВОДОЕМОВ ДОЛИНЫ ВОСТОЧНОГО МАНЫЧА 03.02.10 – гидробиология Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук Научный руководитель: доктор биологических наук, Щербина Георгий Харлампиевич Борок – 2014 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8 ГЛАВА 2. ФИЗИКО–ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 17 ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 36 ГЛАВА 4. МАКРОЗООБЕНТОС ВОДОЕМОВ ДОЛИНЫ ВОСТОЧНОГО ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.