Stress concentration and effective mechanical properties of plates with doubly periodic systems of enforced holes

Використовуючи модифікацію методу граничних елементів, розглянуто подвійно періодичні системи отворів довільної форми із тонкими замкненими та розімкненими накладками. Обчислено концентрацію напружень та ефективні механічні характеристики таких композицій для різних відстаней між круговими отворами, відносних жорсткостей накладки та характеристик анізотропії матеріалу матриці.Modern high-tech devices and machines are designed using mainly composite materials, since the latter are lightweight and provide desired rigidity and durability. A lot of attention is paid to the usage of perforated plates, in which edges of the holes are enforced by thin overlays. Therefore, this study is concerned with the analysis of doubly periodic sets of enforced holes. Based on the previously developed boundary element technique for doubly periodic problems and models of thin overlays, the efficient approach is developed for studying effective properties and stress concentration in perforated plates with enforced holes. The enforcements can be both closed and opened. First an infinite plate with doubly periodic fully enforced holes is considered. With the increase of the relative rigidity of an overlay, effective elastic moduli of the perforated plate expectedly increase. The smaller is the distance between holes the higher is the increase in effective elastic moduli. It is clear, that in the case of holes without enforcement (or an overlay of a very small rigidity) the closer are the holes, the lower are effective properties of the plate. For an anisotropic plate with holes the increase in rigidity of isotropic overlays gives different change in elastic moduli in different directions. The growth of the effective modulus in a direction perpendicular to fibers is the highest. The thinner is an overlay the more evident is an influence of its bending not only on the effective properties of the composite, but also on the maximal Mises stress in it. In particular, local maxima of Mises stress increases with the decrease of the thickness of enforcements. With the increase in the relative rigidity of overlays the longitudinal force and bending moment in each overlay also increase. The higher is the distance between holes the higher are the force and bending moment. This behavior should be accounted for during the design of perforated composite plates. Also the plate with a doubly periodic set of holes with a square lattice is considered. The edge of each hole is conditionally divided into six symmetric and identical parts, three of which are enforced with overlays. For the considered geometrical configuration of the opened reinforcements one of the effective moduli practically does not change with an increase in the rigidity of overlays. At the same time this increase significantly influences another elastic modulus and also effective shear modulus. This behavior is explained by the fact that selected arrangement of overlays “works” for tension/compression in one direction better than in other. Therefore, the usage of opened overlays allows changing effective properties of the perforated plate in the given direction, thus, establishing the desired anisotropy of the material. The numerical data obtained using proposed boundary element approach was verified by the commercial finite element software. Relative deviation of both approaches did not exceed 3 %. However, the advantages of the proposed approach are obvious, since it requires only boundary mesh, and no periodic boundary conditions are required to imposed, as they are already incorporated in the boundary integral equations used

ДОСЛІДЖЕННЯ АНТИМІКРОБНОЇ АКТИВНОСТІ ВОДНО-ЕТАНОЛЬНИХ ВИТЯГІВ іЗ ТРАВИ ГОРЛЯНКИ ПОВЗУЧОЇ (AJUGA REPTANS L.)

The aim of the work. To determine the microbiological purity of Ajuga reptans L. herb and antimicrobial activity of it’s water-ethanol extracts against clinical strains of opportunistic bacteria and yeast-like fungi. Materials and Methods. The object of the study was the antimicrobial activity of water-ethanol extracts of Ajuga reptans L. herb, harvested during the period of mass flowering. The study of antimicrobial activity of extracts was performed on clinical isolates of antibiotic-sensitive and antibiotic-resistant microorganisms. Bacterial cultures were identified using biochemical microtests "STAPHYtest 16", "ENTEROtest 24", "NEFERMENTtest 24" (Lachema, Czech Republic), as well as taking into account a set of morphological and cultural properties according to the recommendations of the 9th edition of “Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology”. Yeast-like fungal cultures were identified on the basis of 40 biochemical tests using the VITEK 2 system with VITEK 2 YST ID card (Biomerieux, France). The antimicrobial activity of the extracts was studied by the micromethod of diffusion into agar. Results and Discussion. Screening of antimicrobial properties of water-ethanol extracts (40 %, 50 %, 70 %, 90 %) of Ajuga reptans L. herb was carried out and microbiological purity of herbal extracts was investigated on 25 test strains of microorganisms. Conclusions. Results of the research indicate that further detailed studies of antimicrobial activity of Ajuga reptans L. herb are promising to increase the range of antimicrobial herbal medicines.Мета роботи. Визначення мікробіологічної чистоти трави горлянки повзучої та антимікробної активності водно-етанольних витягів трави горлянки повзучої відносно клінічних штамів умовно-патогенних бактерій та дріжджоподібних грибів. Матеріали і методи. Об’єктом дослідження була антимікробна активність водно-етанольних витягів із трави горлянки повзучої, заготовленої в період масового цвітіння. Дослідження антимікробної активності екстрактів виконано на клінічних ізолятах антибіотикочутливих і антибіотикорезистентних мікроорганізмів. Бактеріальні культури ідентифікували за допомогою біохімічних мікротестів «STAPHYtest 16», «ENTEROtest 24», «NEFERMENTtest 24» (Lachema, Чехія), а також із врахуванням комплексу морфологічних і культуральних властивостей згідно з рекомендаціями 9-го видання «Визначника бактерій Берджі». Культури дріжджоподібних грибів ідентифікували на основі 40 біохімічних тестів за допомогою системи VITEK 2 з використанням VITEK 2 YST ID card (Biomerieux, Франція). Антимікробну дію витягів вивчали мікрометодом дифузії в агар. Результати й обговорення. Проведено скринінг протимікробних властивостей для водно-етанольних витягів (40 %, 50 %, 70 %, 90 % об/об) трави горлянки повзучої та досліджено мікробіологічну чистоту рослинних витягів на 25 тест-штамах мікроорганізмів. Висновки. Враховуючи результати досліджень, вважаємо перспективним  детальніше вивчення витягів із трави горлянки повзучої на можливу антимікробну дію та проведення мікробіологічних досліджень для розширення асортименту антимікробних лікарських рослинних засобів

DYNAMICS OF PERIODONTAL TISSUES MICROBIOCENOSIS UNDER THE COMPLEX TREATMENT OF CATARRHAL GINGIVITIS AND CHRONIC GASTRODUODENITIS IN THE ADOLESCENTS

Background. The key links in the etiology and pathogenesis of periodontal tissue diseases are the quantitative and qualitative changes in the composition of the microflora of oral cavity, with the simultaneous deterioration of oral hygiene, reduction of local and general immunity, which occurs more often in the presence of somatic diseases. Objective. The aim of the research was to determine the clinical and microbiological efficacy of the developed treatment-prophylactic complex in the adolescents with catarrhal gingivitis and chronic gastroduodenitis before and after treatment. Methods. Changes were made to and before the treatment of clinical parameters, gingival microbiocenosis of 38 adolescents with generalized catarrhal gingivitis and chronic gastroduodenitis aged 12-18 years old, who comprised the main group. In the comparison group 25 adolescents of similar age diagnosed with generalized catarrhal gingivitis without any somatic diseases were involved. Results. It has been established that used combination (drug of plant origin with antimicrobial properties + dental gel with Metronidazole benzoate and Chlorhexidine digluconate + capsules of probiotics) yields the conventional treatment as well as exceeds it for examined clinical indicators and indexes. The treatment and prophylaxis with suggested complex have proved a significant positive effect on the gums microbiocenosis in adolescents with generalized catarrhal gingivitis and underlying concomitant gastroduodenitis. Conclusions. The suggested therapeutic and prophylactic complex provides a reduction in the massiveness and colonization frequency of the gum mucosa by pathogenic aerobic microflora (β-hemolytic streptococcus, golden staphylococcus, and yeast-like Candida fungi)

Синтез і дослідження антимікробних властивостей 5-R,R’-амінометиленпохідних тіазолідин- 2,4-діону та 4-тіоксотіазолідин-2-ону

The study is devoted to the rational search of modern potential antimicrobial agents among of 4-thiazolidine(thi)ones. 5-R,R’-Enamin(thi)ones of thiazolidinone series have been tested for design and the initial screening of the antibacterial properties. The use of 5-ethoxymetylene derivatives of thiazolidine-2,4-dione and 4-thioxothiazolidin-2-one as effective “building blocks” for the synthesis of small libraries of bioactive compounds has been proposed. Nucleophilic substitution reactions between 5-ethoxymetylene derivatives and amino alcohols, the primary and secondary functionalized aromatic and heteroaromatic amines, heterocyclic amines (piperidine and substituted pyrazolines) have been studied. The pharmacological screening of the antimicrobial activity for the enamin(thi)ones synthesized on clinical isolates of staphylococci with different resistance mechanisms to protected β-lactams and multiresistance strains of E. coli and Ps. Aeruginosa has been performed. Compounds with a distinct antimicrobial effect have been identified. They can also increase the sensitivity of S. aureus and S. haemolyticus clinical strains to oxacillin, and can be used to create new combined antimicrobial chemotherapeutic agents. The “structure – antimicrobial activity” relationships for design and search for new antimicrobial agents have been analysed.Исследование посвящено рациональному поиску современных потенциальных противомикробных агентов среди производных 4-тиазолидин(ти)онов. Для дизайна и первичного скрининга антибактериальных свойств апробированы 5-R,R’-енамин(ти)оны тиазолидинового ряда. Предложено использование 5-этоксиметилентиазолидин-2,4-диона и 4-тиоксотиазолидин-2-она как эффективных «структурных блоков» для синтеза малых библиотек биологически активных соединений. Изучены реакции нуклеофильного замещения 5-этоксиметилентиазолидинов с аминоспиртами, функционализированными первичными и вторичными ароматическими и гетероароматическими аминами, гетероциклическими аминами (пиперидин и замещенные пиразолины). Проведен фармакологический скрининг противомикробной активности синтезированных енаминов на клинических изолятах стафилококков с различными механизмами резистентности к защищенным β-лактамам и полиантибиотикорезистентных штаммах E. coli и Ps. Aeruginosa. Идентифицированы соединения с выразительным противомикробным эффектом, способные повышать чувствительность клинических штаммов S. Aureus и S. haemolyticus к оксациллину, что может быть использовано при создании новых комбинированных противомикробных химиотерапевтических средств. Проанализирована зависимость связей «структура – противомикробное действие» для направленного дизайна и поиска новых противомикробных агентов.Дослідження присвячене раціональному пошуку сучасних потенційних антимікробних агентів серед похідних 4-тіазолідин(ті)онів. Здійснено спробу дизайну та первинного скринінгу антибактеріальних препаратів на основі 5-R,R’-єнамін(ті)онів тіазолідинового ряду. Запропоновано використання 5-етоксиметилентіазолідин-2,4-діону та 4-тіоксотіазолідин-2-ону як ефективних «структурних блоків» для синтезу малих бібліотек біологічно активних сполук. Вивчені реакції нуклеофільного заміщення 5-етоксиметилентіазолідинонів з аміноспиртами, функціоналізованими первинними і вторинними ароматичними та гетероароматичними амінами, гетероциклічними амінами (піперидин та заміщені піразоліни). Проведено фармакологічний скринінг антимікробної активності синтезованих єнамінів щодо клінічних ізолятів стафілококів з різними механізмами резистентності до захищених β-лактамів та поліантибіотикорезистентних штамів E. coli і Ps. Aeruginosa. Ідентифіковані сполуки з виразним антимікробним ефектом, здатні підвищувати чутливість клінічних штамів S. aureus і S. Haemolyticus до оксациліну, що може бути використано при створенні нових комбінованих антимікробних хіміотерапевтичних засобів. Проаналізовано залежність зв’язків «структура – антимікробна активність» для спрямованого дизайну та пошуку нових антибактеріальних і протигрибкових агентів

Фармакофорна модель для скринінгу протистафілококової активності серед тіазолідинон-споріднених структур

Aim. To develop a pharmacophore model suitable for the antistaphylococcal activity screening among thiazolidinone, thiopyrano[2,3-d]thiazole and thiazolo[4,5-b]pyridine derivatives.Results and discussion. The best pharmacophore model in the series of models developed has a planar structure and consists of an aromatic ring (or cycle with π-bonds), a hydrophobic region, a projection of a hydrogen bond donor and two projections of a hydrogen bond acceptor. Its classification accuracy is 72.4 %. The diameter line of the model is formed by the projection of the hydrogen bond donor and the projection of the hydrogen bond acceptor, and its length is 8.05 Å. The analysis of conformations of active compounds consistent with the pharmacophore mode revealed two different ways of spatial arrangement of active molecules, in which the conditions of the pharmacophore model are fully met.Experimental part. The antistaphylococcal activity was determined by the agar diffusion method against methicillin-resistant strain of Staphylococcus aureus (MRSA) and evaluated by measuring the diameter of the microbial growth inhibition zone. The plates were incubated for 24 h at 37 °C. Compounds with the growth inhibition diameter of more than 7.5 mm were considered to be active. Computer processing of the results of the microbiological experiment and modeling of the probable pharmacophore were performed in the MOE software environment version 2007.09. The geometry of the compounds was optimized by molecular mechanics using the MMFF94x force field. Accuracy of classification was used as the main quality criterion of the pharmacophore model.Conclusions. The pharmacophore model developed can be used for virtual screening of the antistaphylococcal activity for the compounds similar to the training sample. When applying it to the in-home database of compounds the enrichment factor is EF = 2.05.Received: 27.09.2020 Revised: 23.10.2020 Accepted: 03.11.2020Мета. Розробити фармакофорну модель, придатну для скринінгу протистафілококової активності серед похідних тіазолідинону, тіопірано[2,3-d]тіазолу, тіазоло[4,5-b]піридину.Результати та їх обговорення. Найкраща фармакофорна модель у серії розроблених має планарну структуру і складається з ароматичного кільця (або циклу з π-зв’язками), гідрофобної області, проєкції донора водневого зв’язку та двох проєкцій акцептора водневого зв’язку. Її точність класифікації становить 72,4 %. Лінія діаметра моделі утворена проєкцією донора та проєкцією акцептора водневого зв’язку, а її довжина дорівнює 8,05 Å. Під час аналізу узгоджених з фармакофорною моделлю конформацій активних сполук виявлено два різні способи просторового розміщення активних молекул, за яких повною мірою виконуються умови фармакофорної моделі.Експериментальна частина. Протистафілококову активність визначали методом дифузії в агар щодо резистентного до метициліну штаму Staphylococcus aureus (MRSA) й оцінювали шляхом вимірювання діаметра зони інгібування мікробного зростання. Планшети інкубували протягом 24 год за 37 °С. Сполуки з діаметром затримки розмноження мікроорганізмів понад 7,5 мм вважали активними. Комп’ютерне оброблення результатів мікробіологічного експерименту та моделювання ймовірного фармакофора виконували в програмному середовищі MOE версії 2007.09. Геометрію сполук оптимізували методом молекулярної механіки з використанням силового поля MMFF94x. Точність класифікації використовували як основний критерій оцінювання якості фармакофорної моделі.Висновки. Розроблену фармакофорну модель можна використовувати для віртуального скринінгу протистафілококової активності споріднених із навчальною вибіркою сполук. Під час застосування цієї моделі до бази даних протестованих нами сполук з’ясували, що фактор збагачення складає EF = 2,05.Received: 27.09.2020 Revised: 23.10.2020 Accepted: 03.11.202

СИНТЕЗ ТА БІОЛОГІЧНА АКТИВНІСТЬ НОВИХ ПОХІДНИХ 5-АМІНОМЕТИЛЕН-2-ТІОКСОТІАЗОЛІДИН-4-ОНІВ

The aim of the work. Synthesis of 5-aminomethylene-2-thioxothiazolidine-4-ones derivatives as promising compounds for chemical transformations and pharmacological screening.Materials and methods. The key starting reagents synthesized by known methods from commercially available reagents. The NMR spectra of the synthesized compounds were taken on a Varian VXR-400 instrument, DMSO-d6 solvent, tetramethylsilane standard. LC-MS spectra were obtained on a Finnigan MAT INCOS-50 instrument. Elemental analysis for carbon, hydrogen and nitrogen content corresponds to the calculated (± 0.3%). The melting points were determined on a BŰCHI B-545 apparatus. The study of the antitripanosomal activity of compounds in vitro was carried out at the Museum National d'Histoire Naturelle (France) and consisted in the determination of IC50 on the strain Trypanosoma brucei brucei (TBB). The study of antimicrobial activity in vitro was carried out by diffusion into agar. Determination of the antitumor activity of synthesized compounds was carried out within the framework of the international scientific program DTP (Developmental Therapeutic Program) of the National Cancer Institute (NCI, Bethesda, Maryland, USA).Results and discussion. Based on the previously proposed synthetic approach to 5-R,R'-aminomethylene-4-thiazolidinones, series of 5-aminomethylene-2-thioxothiazolidine-4-one derivatives were obtained. An effective method for the synthesis of 5-aminomethylene-2-thioxothiazolidin-4-one was proposed based on the aminolysis of the corresponding 5-ethoxymethylene derivative under the action of ammonium hydrogen carbonate in an alcoholic medium. The reactivity of 5-phenyl-3,4-dihydro-2H-pyrazole-3-carboxylic acid in the aminolysis reaction with 5-ethoxymethylene-2-thioxothiazolidin-4-one was investigated for the first time. The structure of synthesized compounds were confirmed by a complex of NMR and mass spectrometric methods. In vitro antitripanosomal, antimicrobial and antitumor activities of synthesized compounds were studied.Conclusions. Some synthetic methods were proposed and raw of original derivatives of 5-aminomethylene-2-thioxothiazolidine-4-one as promising reagents for chemical transformations and potential objects for pharmacological screening are obtained. Hit-compounds have been identified for the design of potential antitripanosomal and antimicrobial agents.Мета роботи. Синтез нових похідних 5-амінометилен-2-тіоксотіазолідин-4-онів як перспективних сполук для хімічних перетворень та фармакологічного скринінгу.Матеріали і методи. Ключові вихідні реагенти синтезовані за відомими методиками із комерційно доступних реактивів. Спектри ПМР одержаних сполук знімались на приладі Varian VXR-400, розчинник DMSO-d6, стандарт - тетраметилсилан. LC-MS спектри отримані на приладі Finnigan MAT INCOS-50. Дані елементного аналізу на вміст карбону, гідрогену та нітрогену відповідають розрахованим (±0,3%). Температуру плавлення визначали на приладі BŰCHI B-545. Вивчення протитрипаносомної активності сполук in vitro проводилося в Національному музеї історії природи (Франція) та полягало у визначенні інгібуючої концентрації ІС50 сполук на штамі Trypanosoma brucei brucei (TBB). Дослідження протимікробної активності іn vitro проводилося методом дифузії в агар. Визначення протипухлинної активності синтезованих сполук виконувалось у рамках міжнародної наукової програми DTP (Developmental Therapeutic Program) Національного інституту раку (NCI, Бетезда, Меріленд, США).Результати й обговорення. На основі раніше запропонованого синтетичного підходу до 5-R,R'- амінометиленпохідних-4-тіазолідинонів отримано серію 5-амінометилен-2-тіоксотіазолідин-4-онів (5-амінометил- енроданінів). Вперше запропоновано ефективний метод синтезу 5-амінометилен-2-тіоксотіазолідин-4-ону, який базується на амінолізі відповідного 5-етоксиметилензаміщеного при дії гідрокарбонату амонію в спиртовому середовищі. Вперше досліджено реакційну здатність 5-феніл-3,4-дигідро-2Н-піразол-3-карбонової кислоти в реакції амінолізу з 5-етоксиметилен-2-тіоксотіазолідин-4-оном. Структура синтезованих сполук підтверджена комплексом методів ЯМР- та мас-спектрометрій. Досліджено in vitro антитрипаносомну, протимікробну та протипухлинну активність синтезованих сполук.Висновки. Запропоновано методи синтезу та отримано ряд оригінальних похідних з 5-амінометиленроданіновим каркасом як перспективних реагентів для хімічних перетворень та потенційних об’єктів для фармакологічного скринінгу. Ідентифіковано сполуки-хіти для дизайну потенційних антитрипаносомних та протимікробних агентів

Doubly Periodic Cracks in the Anisotropic Medium with the Account of Contact of Their Faces

The paper presents complex variable integral formulae and singular boundary integral equations for doubly periodic cracks in anisotropic elastic medium. It utilizes the numerical solution procedure, which accounts for the contact of crack faces and produce accurate results for SIF evaluation. It is shown that the account of contact effects significantly influence the SIF of doubly periodic curvilinear cracks both for isotropic and anisotropic materials

Doubly Periodic Sets of Thin Branched Inclusions in the Elastic Medium: Stress Concentration and Effective Properties

This paper considers the doubly periodic problem of elasticity for anisotropic solids containing regular sets of thin branched inclusions. A coupling principle for continua of different dimension is utilized for modeling of thin inhomogeneities and the boundary element technique is adopted for numerical solution of the problem. The branches of the inclusion can interact both inside the representative volume element and at the interface of neighbor representative elements. A particular example of the elastic medium reinforced by a doubly periodic set of I-beams is considered. Stress intensity and stress concentration inside and outside thin inclusions are determined. The dependence of the effective mechanical properties of the reinforced composite material on the volume fraction of the filament and its rigidity is obtained

Doubly periodic cracks in the anisotropic medium with the account of contact of their faces

The paper presents complex variable integral formulae and singular boundary integral equations for doubly periodic cracks in anisotropic elastic medium. It utilizes the numerical solution procedure, which accounts for the contact of crack faces and produce accurate results for SIF evaluation. It is shown that the account of contact effects significantly influence the SIF of doubly periodic curvilinear cracks both for isotropic and anisotropic materials