Спосіб моделювання п’єзобіосинтезу

Реферат: Спосіб моделювання включає відтворення процесів і умов існування біологічного об'єкта, в тому числі під впливом різних факторів, з наступною оцінкою фізико-хімічних властивостей об'єкта. Для відтворення п'єзобіосинтезу біооб'єкт розміщують у гнучкій діелектричній трубці, яку встановлюють у лещата з можливістю механічної компресії системи, а зняття біопотенціалу здійснюють за допомогою позолочених електродів. UA 85778 U (12) UA 85778 U UA 85778 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до медицини і біології й може бути використана для моделювання п'єзобіосинтезу. Моделювання є важливою частиною експериментальної медицини й біології. Медичне і біологічне моделювання є одним з методів пізнання складних механізмів розвитку патологічних процесів в організмі людини. За допомогою моделювання відтворюють патологічні стани фізіологічних, анатомічних і обмінних комплексів і систем, які характеризують різні патологічні процеси, розкривають етіологію й патогенез захворювань і можливості їх корекції. В біології і медицині застосовують біологічні, фізико-хімічні й математичні моделі. Біологічні моделі відтворюють на лабораторних тваринах певні стани або захворювання, що зустрічаються у людини або тварини. Це дозволяє вивчати в експерименті механізми виникнення даного стану або захворювання, його перебіг і результат, вплинути на його перебіг. Біологічні моделі широко використовуються в генетиці, фізіології, фармакології [Моделирование в биологии. Сб. ст., пер. с англ., М., 1963; Моделирование в биологии и медицине, Л., 1969]. Математичні моделі (математичний і логіко-математичний описи структури, зв'язків і закономірностей функціонування живих систем) будуються на основі даних експерименту або умоглядно, формалізовано описують гіпотезу, теорію або відкриту закономірність того чи іншого біологічного феномена і вимагають подальшої дослідної перевірки. Різні варіанти подібних експериментів виявляють границі застосування математичної моделі і дають матеріал для її подальшого коректування. Разом з тим, виконання математичного моделювання біологічного явища на електронній обчислювальній машині часто дозволяє передбачати характер зміни досліджуваного біологічного процесу в умовах, які тяжко відтворити в експерименті. Математична модель в окремих випадках дозволяє припустити деякі явища, раніше не відомі досліднику [Математическое моделирование жизненных процессов. Сб. ст., М., 1968; Теоретическая и математическая биология, пер. с англ., М., 1968]. Фізико-хімічні моделі відтворюють біологічні структури, функції або процеси фізичними або хімічними засобами. Подібні моделі, що показали можливість відтворення деяких властивостей і проявів живого за допомогою фізико-хімічних явищ, були спочатку засновані на зовнішній якісній подібності. Пізніше більш складні моделі, засновані на набагато більш глибокій кількісній подібності, будувалися на принципах електротехніки й електроніки. Такі моделі також занадто спрощували явища, спостережувані в організмі, і мали більше значення для біоніки, ніж для біології. Значно більші успіхи досягнуті в моделюванні фізико-хімічних умов існування живих організмів або їхніх органів і клітин. Так, підібрані розчини неорганічних і органічних речовин (розчини Рінгера, Локка, Тіроде й ін.), що імітують внутрішнє середовище організму й підтримують існування ізольованих органів або культивованих поза організмом клітин. Дослідження фізико-хімічних основ процесів транспорту іонів і вплив на них різних факторів було виконано на моделі біологічних мембран (плівка із природних фосфоліпідів розділяє розчин електроліту). За допомогою хімічних реакцій, що відбуваються у розчинах в автоколивальному режимі, моделюють коливальні процеси, характерні для багатьох біологічних феноменів - диференціювання, морфогенезу, явищ у складних нейронних мережах і т.д. [Моделирование в биологии и медицине, Л., 1969]. Дослідження фізико-хімічних процесів і умов існування живих організмів або їхніх органів і клітин, а також вплив на них різних факторів є найбільш близьким до того, що заявляється, за технічною суттю й результатом, який може бути досягнутим, тому його обрано за прототип. В основу корисної моделі поставлена задача розширення арсеналу медико-біологічних моделей шляхом створення моделі п'єзобіосинтезу. П'єзо - початкова частина складних понять, пов'язаних з механічним тиском і електрикою, що виникає в результаті тиску. Синтез (від греч. synthesis) - з'єднання, сполучення різних ознак. П'єзобіосинтез - процес придбання різних властивостей біологічним об'єктом, наприклад біологічною тканиною, під різного роду механічними впливами. Задачу, яку поставлено в основу корисної моделі, вирішують тим, що у відомому способі моделювання, що включає відтворення процесів і умов існування біологічного об'єкта, в тому числі під впливом різних факторів, з наступною оцінкою фізико-хімічних властивостей об'єкта, згідно з корисною моделлю, для відтворення п'єзобіосинтезу біооб'єкт розміщують у гнучкій діелектричній трубці, яку встановлюють у лещата з можливістю механічної компресії системи, а зняття біопотенціалу здійснюють за допомогою позолочених електродів. Технічний ефект корисної моделі, а саме розширення арсеналу медико-біологічних моделей шляхом створення моделі п'єзобіосинтезу, обумовлений синергізмом операцій, що складають спосіб. 1 UA 85778 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Теоретичною передумовою способу є та обставина, що встановлена невідома раніше властивість біологічних клітинних і субклітинних систем тваринного походження здійснювати енергозабезпечення біосинтезу органічних речовин за допомогою генерування, утилізації та накопичення п'єзоелектричної енергії, яка обумовлена перетворенням механічної енергії деформації рідинно-кристалічних структур в п'єзоелектрику. Спосіб виконують наступним чином: для відтворення п'єзобіосинтезу біооб'єкт розміщують у гнучкій діелектричній трубці, яку встановлюють у лещата з можливістю механічної компресії системи, а зняття біопотенціалу здійснюють за допомогою позолочених електродів. Ефективність моделі доказана експериментально і математично. У дослідженнях були використані методи механічного впливу і електровимірювальної візуалізації. Об'єктом вимірювання слугував п'єзобіопотенціал, що виникав при механічному стисканні зразків у напрямку, перпендикулярному вісі симетрії (F - вектор механічної сили). У дослідженні проведено вимірювальний експеримент. Вісесиметричний зразок досліджуваної крові моделював макроструктуру двох видів: а) зосереджений макрооб'єкт - кров перебувала в діелектричній циліндричній посудині з 3 пружними стінками, об'ємом 1,5 см (діаметр посудини - 10 мм, висота - 20 мм); б) розподілений макрооб'єкт - кров перебувала в гнучкій діелектричній трубці, об'ємом 0,1 3 см (діаметр трубки - 1,5 мм, довжина -140 мм). Зняття п'єзобіопотенціалу здійснювали за допомогою позолочених електродів діаметром 1,5 мм. До електродів був постійно підключений фотогальванометричний потенціометр напруги Р363, з ціною поділки шкали С=1×10-9 В і основною відносною похибкою γ=(1,5+-6) %. Такий потенціометр напруги відрізняється не тільки високою чутливістю, але і нескінченно великим вхідним опором, що усуває негативну методичну похибку вимірювання, особливо малих, потенціалів, причому зміна електричного опору плазми крові при впливі сили F не впливає на результат вимірювання п'єзобіопотенціалу. У ході вимірювального експерименту сила F була постійною, а її величина такою, щоб вихідний діаметр діелектричної посудини (зразка крові) зменшувався на відносну величину 5 %. У ході експерименту фіксувався потенціал на електродах при наявності та відсутності сили F. Час дії сили F-20 секунд. У проведеному експерименті досліджувалася п'єзоелектрична модель клітинної макроструктури, яка була представлена у формі послідовно-паралельної електричної структури. Розглядаючи безліч живих клітин (формених елементів крові), що знаходяться в електропровідній плазмі, слід зазначити, що в початковому стані (до впливу сили F) така система - електричко нейтральна. П'єзопотенціал ΔU виявляється лише при впливі сили F і повинен зникати при відсутності цієї сили, тобто ΔU=0, якщо F=0. При статичному механічному впливі (F=const), кожна клітина електрично являє собою джерело електричного потенціалу ΔU, який є елементом aij послідовно-паралельної структури. Є k паралельних структур (і=1,2,….k), кожна з яких має своє (j=1, 2,…nі) число паралельних гілок. Електричний п'єзопотенціал кожної паралельної гілки - однаковий і рівний ΔU (при паралельному з'єднанні джерел електричного потенціалу загальний потенціал дорівнює потенціалу одного джерела). Для послідовного ланцюжка паралельних гілок загальний потенціал збільшується і дорівнюватиме ΔU=kΔU. Представлена п'єзоелектрична модель передбачає накопичення (кумуляцію) наведеного силою F п'єзопотенціалу до величин, що набагато перевищують п'єзопотенціал однієї клітини, головне, щоб довжина послідовного ланцюжка паралельних гілок була велика. Причому, кількість паралельних елементів (nі) у і-тої гілки може бути будь-якою (від 1 до nі=nmах). Величина такого кумулятивного п'єзобіопотенціалу може досягати значень, що викликають перехід клітин на кінцях структури від електрично нейтрального стану до стану електричного збудження з подальшими біохімічними змінами на різних ділянках структури, особливо на ділянках першій (і=1) і останній (і=k). У ході 30 вимірювань п'єзобіопотенціалу зосередженого (циліндричного) зразка крові, що згорнулася, сумарний п'єзопотенціал дорівнював величині ΔU=(15±1,2) мВ. Для десяти різних зразків крові, що згорнулася, ΔU=(14,5±7,5) мВ. Дослідження за допомогою мікроскопа показали, що на 10 мм погонної довжини зразка знаходиться в середньому k=(715±20) клітин. Якщо прийняти за середнє значення п'єзопотенціалу величину ΔU=14,5 мВ, то для середнього Л=715 отримаємо оцінку п'єзопотенціалу однієї клітини, рівну ΔU=14,5/715=0,02 мВ. 2 UA 85778 U 5 Вважаючи, що електричний потенціал клітинної мембрани в збудженому стані дорівнює U=100 мВ, п'єзопотенціал клітини крові становить зневажливо малу (для окремої клітини) величину. Відносне збільшення за рахунок п'єзоефекту електричного потенціалу клітини не перевищує 0,02 %, тобто практично в 5000 разів менше 100 мВ. Слід зазначити, що в циліндровому зразку крові, що не згорнулася, п'єзоефект виявити практично не вдалося (величина ΔU була порівнянна з електричними шумами компенсатора). Результати вимірювань п'єзопотенціалу як крові, що не згорнулася, так і крові, що згорнулася, на розподіленому зразку, погонна довжина якого складала 50 мм, були наступні: для крові, що згорнулася, ΔU=(68±28) мВ; для крові, що не згорнулася, ΔU=(6±3) мВ. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб моделювання п'єзобіосинтезу, що включає відтворення процесів і умов існування біологічного об'єкта, в тому числі під впливом різних факторів, з наступною оцінкою фізикохімічних властивостей об'єкта, який відрізняється тим, що для відтворення п'єзобіосинтезу біооб'єкт розміщують у гнучкій діелектричній трубці, яку встановлюють у лещата з можливістю механічної компресії системи, а зняття біопотенціалу здійснюють за допомогою позолочених електродів. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3