A Plasmonic approach to study protein interaction kinetics through the dimerization of functionalized Ag Nanoparticles

Understanding the kinetics of protein interactions plays a key role in biology with significant implications for the design of analytical methods for disease monitoring and diagnosis in medical care, research and industrial applications. Herein, we introduce a novel plasmonic approach to study the binding kinetics of protein-ligand interactions following the formation of silver nanoparticles (Ag NPs) dimers by UV-Vis spectroscopy that can be used as probes for antigen detection and quantification. To illustrate and test the method, the kinetics of the prototype biotin-streptavidin (Biot-STV) pair interaction was studied. Controlled aggregates (dimers) of STV functionalized Ag NPs were produced by adding stoichiometric quantities of gliadin-specific biotinylated antibodies (IgG-Biot). The dimerization kinetics was studied in a systematic way as a function of Ag NPs size and at different concentrations of IgG-Biot. The kinetics data have shown to be consistent with a complex reaction mechanism in which only the Ag NPs attached to the IgG-Biot located in a specific STV site are able to form dimers. These results help in elucidating a complex reaction mechanism involved in the dimerization kinetics of functionalized Ag NPs, which can serve as probes in surface plasmon resonance-based bioassays for the detection and quantification of different biomarkers or analytes of interest.Fil: Mercadal, Pablo Agustin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Motrich, Ruben Dario. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; ArgentinaFil: Coronado, Eduardo A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentin

Differential Mueller matrix imaging of partially depolarizing optically anisotropic biological tissues

Since recently, a number of innovative polarization-based optical imaging modalities have been introduced and extensively used in various biomedical applications, with an ultimate aim to attain the practical tool for the optical biopsy and functional characterization of biological tissues. The techniques utilize polarization properties of light and Mueller matrix mapping of microscopic images of histological sections of biological tissues or polycrystalline films of biological fluids. The main drawback of currently developed laser polarimetry approaches and Mueller matrix mapping techniques is poor reproducibility of experimental data. This is due to azimuthal dependence of polarization and ellipticity values of most matrix elements to sample orientation in respect to incidence light polarization. Current study aims to generalize the methods of laser polarimetry for diagnosis of partially depolarizing optically anisotropic biological tissues. A method of differential Mueller matrix mapping for reconstruction of linear and circular birefringence and dichroism parameter distributions of partially depolarizing layers of biological tissues of different morphological structure is introduced and practically implemented. The coordinate distributions of the value of the first-order differential matrix elements of histological sections of brain tissue with spatially structured, optically anisotropic fibrillar network, as well as of parenchymatous tissue of the rectum wall with an “islet” polycrystalline structure are determined. Within the statistical analysis of polarization reproduced distributions of the averaged parameters of phase and amplitude anisotropy, the significant sensitivity of the statistical moments of the third and fourth orders to changes in the polycrystalline structure of partially depolarizing layers of biological tissue is observed. The differentiation of female reproductive sphere connective tissue is realized with excellent accuracy. The differential Mueller matrix mapping method for reconstruction of distributions of linear and circular birefringence and dichroism parameters of partially depolarizing layers of biological tissues of different morphological structures is proposed and substantiated. Differential diagnostics of changes in the phase (good balanced accuracy) and amplitude (excellent balanced accuracy) of the anisotropy of the partially depolarizing layers of the vagina wall tissue with prolapse of the genitals is realized. The maximum diagnostic efficiency of the first-order differential matrix method was demonstrated in comparison with the traditional methods of polarization and Mueller matrix mapping of histological sections of light-scattering biological tissues

Трансформация миграционных процессов в Хабаровском крае

The authors describe the dynamics of the population of the Khabarovsk territory for 1991 -2013 by urban and rural areas, the attention is focused on factors defining changes in the population size - vital statistics and migratory movements. Dynamics of the population of the Khabarovsk territory is presented in comparison to indicators from other constituent entities of the Far East Federal District and it is noted that in the demographic field of the Khabarovsk territory the situation happens to be more satisfactory. At the same time emphasis is laid on the fact that the Khabarovsk territory is non-competitive compared to other federal districts, which is confirmed by migration outflow of the population and low migration productivity. The main trend in the migration processes as it is illustrated in the article is directed to the Central, Northwest and Southern Federal Districts. It is stated that in 2013 the North-Caucasian and Siberian Federal Districts gave the Khabarovsk territory an insignificant positive migration increase. The characteristic of migratory ties of Khabarovsk territory with constituent entities of the Far East Federal District is presented and in migratory interaction with them is shown a sufficiently high productivity of migration; the analysis of migration ties with the CIS and other countries is introduced. In this article the analysis of migration processes by municipal districts of the territory is represented and it also is established that the positive migration balance is traced only within the city okrug of Khabarovsk and Khabarovsk municipal district. The change of age and gender composition of the population of the Khabarovsk territory for 1991-2013 under the influence of migration processes and vital statistics is addressed, the qualification and education structure of migrants is characterized, and reasons for changing the place of residence are analyzed. Motivation issues in relation to migration behavior are formulated.В статье рассматривается динамика численности населения Хабаровского края в 1991-2013 гг. в разрезе городской и сельской местностей; акцентировано внимание на компонентах, определяющих изменения в численности населения - естественном и миграционном движении. Динамика населения Хабаровского края представлена в сравнении с показателями по другим субъектам Дальневосточного федерального округа и отмечено, что на демографическом поле Хабаровского края ситуация более благополучная. Одновременно подчеркнуто, что Хабаровский край является неконкурентоспособным относительно других федеральных округов, что подтверждается миграционным оттоком населения и низким показателем результативности миграции. Основной тренд в миграционных процессах, как сказано в статье, приходится на Центральный, Северо-Западный и Южный федеральные округа. Отмечено, что в 2013 г. Северо-Кавказский и Сибирский федеральные округа дали Хабаровскому краю незначительный положительный миграционный прирост. Приводится характеристика миграционных связей Хабаровского края с субъектами Дальневосточного федерального округа и показана довольно высокая результативность миграции в миграционном взаимодействии с ними; представлен анализ миграционных связей со странами СНГ и дальнего зарубежья. В публикации дан анализ миграционных процессов по муниципальным районам края и показано, что положительное миграционное сальдо прослеживается только в городском округе «Город Хабаровск» и Хабаровском муниципальном районе. В работе уделено внимание изменению половозрастного состава населения в Хабаровском крае за 1991-2013 гг. под влиянием миграционных процессов и естественного движения населения, дана характеристика квалификационно-образовательного состава мигрантов, проанализированы причины смены места жительства. Сформулированы проблемы мотивации миграционного поведения населения

ХАБАРОВСКИЙ КРАЙ В МИГРАЦИОННОМ ПОЛЕ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ

The authors discuss changes in the size, age and sex composition of the Far Eastern Federal District and Khabarovsk territory population during 1991-2015. The factors that caused outflows of population beyond the Far East have been described. The article presentsstructure analysis of migration flows in the Khabarovsk Territory in comparison with other regions of the Far East. The role and importance of intraregional migration flows, migration interaction with the federal districts of Russia and external migration (CIS and far abroad countries) in the population change of the Khabarovsk Territory have been analyzed. The results of the Petropavlovsk fond’s study «Social well-being of the Amur Region’s residents» have been analyzed. The main factors shaping the migration behavior of the population have been described. The proposals for the consolidation of the population in the Far East have been formed. В статье анализируются тренды в изменении численности и половозрастного состава населения как в Дальневосточном федеральном округе в целом, так и в Хабаровском крае в частности, за 1991-2015 гг. Описаны факторы, обусловившие отток населения за пределы Дальнего Востока. Представлен анализ структуры миграционных потоков в Хабаровском крае в сравнении с другими субъектами Дальневосточного федерального округа. Определены роль и значение в изменении численности населения Хабаровского края внутрирегиональных миграционных потоков, миграционного взаимодействия с федеральными округами России и внешней миграции (из стран СНГ и дальнего зарубежья). Приведены результаты исследования фонда «Петропавловск» «Социальное самочувствие жителей Приамурья»; выделены основные факторы формирования миграционного поведения населения; сформированы предложения по закреплению населения на Дальнем Востоке.

Методи і засоби азимутально-інваріантної мюллер-матричної поляриметрії оптично-анізотропних біологічних шарів

Актуальність. Серед багаточисельних методів поляриметричного дослідження структури біологічних тканин особливе місце займає Мюллер-матрична поляриметрія (ММП). Даний метод дає виключно повну інформацію про поляризаційні прояви оптичних властивостей полікристалічної структури біологічних тканин різноманітних органів людини. Новим кроком у розвитку даної методики стало координатне картографування розподілів величини матричних елементів – Мюллер-матричних зображень (ММЗ). Проте, практичне застосування Мюллер-матричного методу у рутинній лабораторній практиці обмежено. Величина 12 із 16 елементів матриці Мюллера є залежною від повороту зразку відносно напряму опромінення. Тому актуальним є подальший розвиток та узагальнення методик ММП з використанням координатних розподілів набору Мюллер-матричних інваріантів (ММІ) – азимутально незалежних елементів матриці Мюллера, їхніх комбінацій, матричних векторів та кутів між ними. Мета роботи. Робота спрямована на теоретичне обґрунтування та експериментальну розробку метода азимутально-інваріантної поляриметрії частково-деполяризуючих оптично-анізотропних біологічних шарів на основі координатного Мюллер-матричного картографування гістологічних зрізів для диференціальної діагностики змін оптичної анізотропії, які пов’язані з виникненням патологічних станів. Результати. Запропоновано та обґрунтовано метод азимутально-інваріантного Мюллер-матричного картографування на прикладі оптично анізотропних зразків гістологічних зрізів міокарда. Одержано розподіли величини азимутально-інваріантного матричного елементу, суперпозиції матричних елементів та величини матричного вектору. Висновки. Визначено залежності величин статистичних моментів 1-го – 4-го порядків, які характеризують розподіли величин Мюллер-матричних інваріантів (ММІ) гістологічних зрізів міокарда. Проведено з позицій доказової медицини дослідження можливостей диференціації причини настання смерті внаслідок ішемічної хвороби серця (ІХС) та гострої коронарної недостатності (ГКН)

Differential Mueller matrix imaging of partially depolarizing optically anisotropic biological tissues

Since recently, a number of innovative polarization-based optical imaging modalities have been introduced and extensively used in various biomedical applications, with an ultimate aim to attain the practical tool for the optical biopsy and functional characterization of biological tissues. The techniques utilize polarization properties of light and Mueller matrix mapping of microscopic imagesof histological sectionsof biological tissues or polycrystalline films ofbiologicalfluids. The main drawback of currently developed laser polarimetry approaches and Mueller matrix mapping techniques is poor reproducibility of experi-mental data. This is due to azimuthal dependence of polarization and ellipticity values of most matrix elements to sample orientation in respect to incidence light polarization. Current study aims to generalize the methods of laser polarimetry for diagnosis of partially depolarizing optically anisotropic biological tissues. A method of differential Mueller matrix mapping for reconstruction of linear and circular birefringence and dichroism parameter distributions of partially depolarizing layers of biological tissues of different morphological structure is introduced and practically implemented. The coordinate distributions of the value of the first-order differential matrix elements of histological sections of brain tissue with spatially structured, optically anisotropic fibrillar network, as well as of parenchymatous tissue of the rectum wall with an “islet” polycrystalline structure are determined. Within the statistical analysis of polarization reproduced distributions of the averaged parameters of phase and amplitude anisotropy, the significant sensitivity of the statistical moments of the third and fourth orders to changes in the polycrystalline structure of partially depolarizing layers of biological tissue is observed. The differentiation of female reproductive sphere connective tissue is realized with excellent accuracy. The differential Mueller matrix mapping method for reconstruction of distributions of linear and circular birefringence and dichroism parameters of partially depolarizing layers of biological tissues of different morphological structures is proposed and substantiated. Differential diagnostics of changes in the phase (good balanced accuracy) and amplitude (excellent balanced accuracy) of the anisotropy of the partially depolarizing layers of the vagina wall tissue with prolapse of the genital sisrealized. The maximum diagnostic efficiency of the first-order differential matrix method was demonstrated in comparison with the traditional methods of polarization and Mueller matrix mapping of histological sections of light-scattering biological tissues

Jones matrix mapping of polycrystalline networks of layers of main types of amino acids

The given data on the optical arrangement, in which the coordinate distributions of the real and imaginary component of the elements of the Jones matrix of optically thin polycrystalline layers are determined. Algorithms are presented and an experimental method for measuring the real and imaginary component of Jones-matrix images is analyzed. The experimental results of the study of statistical, correlation, and fractal parameters, which characterize the real component of the Jones-matrix image of polycrystalline networks of flat layers of the main types of human amino acids, are presented

Application for prediction of control flaw emergencies to mechanized processes in agriculture

Исследована кинетика накопления эксплуатационных дефектов (трещин) в деталях узлов тракторов, что может привести к созданию внезапных аварийных ситуаций и травмированию работников сельскохозяйственного производства на механизированных, транспортных и ремонтных работах.The kinetics of accumulation of operational defects (cracks) in detail units of tractors, which can lead to a sudden emergency and trauma workers on mechanized agriculture, transportation and repair work

Detección óptica ultrasensible de antígenos de relevancia en Ciencias de los Alimentos utilizando nanopartículas de plata mediante inmunoensayos

RESUMEN            La combinación de las propiedades ópticas de las nanopartículas de plata (Ag NPs) con algunos elementos utilizados en el método estándar ELISA, uno de los inmunoensayos más ampliamente difundidos para la detección de antígenos, ha permitido en nuestros laboratorios el desarrollo de un nuevo método óptico, libre de enzimas, de bajo costo, rápido y más sensible que el ELISA, denominado IDILA (del inglés, Intensity Depletion Immuno-Linked Assay). El mismo se puede realizar directamente en dispersión coloidal, sin la necesidad de inmovilizar el anticuerpo específico de captura en una placa o la utilización de anticuerpos secundarios y primarios sobre un sustrato. En este trabajo se demuestra la capacidad del IDILA para cuantificar antígenos de relevancia en Ciencias de los Alimentos a muy bajas concentraciones. En particular, utilizando Ag NPs de 58 nm de diámetro, describiremos cómo la técnica IDILA se puede emplear para la detección ultrasensible de gliadina, proteína a la que son sensibles las personas con enfermedad celíaca. Los resultados de los experimentos realizados se comparan con ELISA sándwich, la técnica estándar homologada por el codex alimentarius, demostrando que el IDILA es casi 1000 veces más sensible que el ELISA, teniendo también límites de detección más bajos.            Utilizando las condiciones apropiadas, el IDILA demuestra que es capaz de detectar concentraciones femtomolares del antígeno, además de ser robusto, confiable, de bajo costo, rápido (alrededor de 2 horas) y de fácil implementación utilizando el equipo estándar y los reactivos biomoleculares utilizados para el ELISA. PALABRAS CLAVESNanopartículas Plasmónicas – Bioconjugación – Sensor – Inmunoensayo – IDILA – ELISA –Gliadina - Enfermedad Celíaca - Tecnología de los Alimentos    ABSTRACTThe combination of the optical properties of silver nanoparticles (Ag NPs) with some elements commonly used in ELISA , immunoassay widely used for antigen detection, has given rise to an enzyme-free, low cost, fast and more sensitive optical method developed by our group denoted as Intensity Depletion Immuno-linked Assay (IDILA). IDILA can be performed directly in colloidal dispersion without any immobilization of the capture antibody, antigen, or secondary and primary antibodies on a substrate. The capabilities of the method for quantifying antigens at ultralow concentrations in colloidal dispersions as well as its robust performance are demonstrated for specific antigens of importance in food chemistry. In this work, using conveniently functionalized 58 nm diameter Ag NPs, we describe how the application of the IDILA methodology can be used for the ultrasensitive detection of gliadin, a protein to which people bearing celiac disease are sensitive. Results of the experiments performed were compared with ELISA, the standard technique approved by the codex alimentarius, demonstrating that the IDILA assay is ~1000 times more sensitive than ELISA, and also with a lower detection limit.            Using the appropriate conditions, the IDILA assay has shown to be able to detect femtomolar concentrations of the antigen, besides of being robust, reliable, cheap, fast (around 2 hours) and of easy implementation using the standard equipment and biomolecular reagents used for ELISA.                            KEYWORDSPlasmonic Nanoparticles – Bioconjugation – Sensing – Immunoassay – IDILA – ELISA - Gliadin - Celia Disease - Food Technology