Electric cell voltage at etching and deposition of metals under an inhomogeneous constant magnetic field

The self-organized electric cell voltage of the physical circuit is calculated at etching and deposition of metals at the surface of a magnetized ferromagnetic electrode in an electrolyte without passing an external electrical current. This self-organized voltage arises due to the inhomogeneous distribution of concentration of the effectively dia- or paramagnetic cluster components of an electrolyte at the surface of a ferromagnetic electrode under the effect of inhomogeneous magnetostatic fields. The current density and Lorentz force are calculated in an electrolyte in the vicinity of the magnetized steel ball-shaped electrode. The Lorentz force causes the rotation of an electrolyte around the direction of an external magnetic field.Comment: 18 pages, 15 figure

Magnetic force microscopy of atherosclerotic plaque.

In this work by methods of scanning probe microscopy, namely by atomic force microscopy and magnetic force microscopy the fragments of atherosclerotic plaque section of different nature were investigated. The fragments of atherosclerotic vessels with elements of immature plaque were taken during the coiled artery bypass surgery by alloprosthesis. As the result of investigation we found magnetically ordered phase of endogenous origin in the fragment of solid plaque of mixed structure. This phase is presents biogenic magnetic nanoparticles and their clusters with average size characteristic of 200-400 nm

Движение электролита при травлении и осаждении металлов в неоднородном постоянном магнитном поле

Розглянуто особливості руху електроліту в приповерхневому шарі в процесах травлення й осадження металів на феромагнітний електрод у формі кулі, намагнічений у зовнішньому однорідному магнітному полі помірної напруженості (~ 1 кЕ). Вибір електрода у формі кулі дає можливість у такій модельній системі легко відокремити ефекти магнітного поля від ефектів іншої природи завдяки еквівалентності всіх точок його поверхні за відсутності намагнічування. Показано, що під дією неоднорідних магнітостатичних полів розсіювання намагніченої феромагнітної кулі виникає неоднорідний розподіл концентрації парамагнітних або ефективно парамагнітних кластерних продуктів електрохімічних реакцій в електроліті, наприклад у формі мікро- або нанобульбашок, стабілізованих парамагнітними або діамагнітними іонами, та колоїдних частинок з їх іонним оточенням. Знайдено концентраційну ЕРС, густину струму в електроліті та функціональний вираз для швидкості обертання електроліту під дією сили Лоренца у приповерхневому шарі намагніченої сталевої кулі у площині, перпендикулярній до напрямку зовнішнього магнітного поля, а також рівняння, яке описує поверхню розділення областей електроліту із протилежними напрямками обертання. Результати теоретичного моделювання роботи можуть бути застосовані для створення функціональних матеріалів методами магнітоелектролізу та для моделювання впливу біогенних магнітних наночастинок на транспортні процеси й біохімічні реакції в клітинах живих організмів.This paper considers the features of the electrolyte movement in the surface layer in the processes of etching and deposition of metals at a ferromagnetic electrode in the form of a ball, when it is magnetized in an external inhomogeneous magnetic field of the moderate intensity (~1 kOe). The choice of an electrode in the form of a ball makes it easy to distinguish the effects of magnetic fields from the effects of a different nature due to the equivalence of all points of its surface in the absence of magnetization in this model system. We show that nonuniform concentration distribution of paramagnetic or effectively paramagnetic cluster products of electrochemical reactions appears in an electrolyte under the influence of the inhomogeneous magnetic field of the magnetized ferromagnetic ball. For example, clusters can represent the micro- or nanobubbles, stabilized by paramagnetic or diamagnetic ions in electrolytes, and colloidal particles with their ionic environment. The concentration electromotive force, current density and the functional expression of the rotational speed of the electrolyte in a plane perpendicular to the direction of the external magnetic field are calculated in the surface layer of a magnetized steel ball, as well as the equation describing the interface between the areas in electrolyte with opposite rotation directions. The results of theoretical modeling can be used to create functional materials by methods of magnetoelectrolysis for modeling the impact of biogenic magnetic nanoparticles on the transport processes and biochemical reactions in the cells of living organisms.Рассмотрены особенности движения электролита в приповерхностном слое в процессах травления и осаждения металлов на ферромагнитный электрод в форме шара при его намагничивании во внешнем однородном магнитном поле умеренной напряженности (~ 1 кЭ). Выбор электрода в форме шара, который является частным случаем трехосного эллипсоида вращения, позволяет в такой модельной системе легко отделить эффекты магнитного поля от эффектов иной природы благодаря эквивалентности всех точек его поверхности при отсутствии намагничивания. Показано, что под воздействием неоднородных магнитостатических полей рассеяния намагниченного ферромагнитного шара возникает неоднородное распределение концентрации парамагнитных или эффективно парамагнитных кластерных продуктов электрохимических реакций, например в форме микро- или нанопузырьков, стабилизированных парамагнитными или диамагнитными ионами в электролитах, и коллоидных частиц с их ионным окружением. Найдены концентрационная ЭДС, плотность тока в электролите и функциональное выражение для скорости вращения электролита в приповерхностном слое намагниченного стального шара в плоскости, перпендикулярной к направлению внешнего магнитного поля, а также уравнение, описывающее поверхность раздела областей электролита с противоположными направлениями вращения. Результаты теоретического моделирования работы могут быть применены для создания функциональных материалов методами магнитоэлектролиза и для моделирования влияния биогенных магнитных наночастиц на транспортные процессы и биохимические реакции в клетках живых организмов

Электродвижущая сила при травлении однородно намагниченного стального цилиндра в электролите

Розраховано електрорушійну силу концентраційного фізичного кола при травленні в електроліті феромагнітного електрода у формі циліндра, що виникає внаслідок неоднорідного розподілу концентрації парамагнітних продуктів корозії по поверхні сталевого циліндра в неоднорідних магнітостатичних полях розсіювання. Такий вибір форми електрода пов’язаний із тим, що за відсутності намагнічування всі точки поверхні циліндра є еквівалентними і в такій модельній системі легко відокремити ефекти магнітного поля від ефектів іншої природи. Також розраховано густину струму в електроліті в околі намагніченого сталевого циліндра та силу Лоренца, що приводить до руху електроліту перпендикулярно до напрямку зовнішнього магнітного поля вздовж осі циліндра. Виконано порівняння розрахунків із експериментальними даними, в результаті яких зроблено висновки, що певна частина парамагнітних іонів у електроліті в магнітному полі являє собою нанокластери парамагнітних іонів, якими можуть бути, наприклад, нанобульбашки. Результати теоретичного моделювання роботи можуть бути застосовані для створення функціональних матеріалів методами магнітоелектролізу та для моделювання впливу біогенних магнітних наночастинок на транспортні процеси й біохімічні реакції в клітинах живих організмів.In this paper, we calculate the electric cell voltage of the physical circuit at etching of ferromagnetic electrode in the form of a cylinder in an electrolyte caused by inhomogeneous distribution of concentration of the paramagnetic corrosion products on the surface of a steel cylinder in an inhomogeneous magnetostatic field. The shape of the electrode was chosen because all points of the cylinder surface are equivalent in this model system in the absence of magnetization and effects of the magnetic field can be easily separated from the effects of a different nature. The current density and Lorentz force are calculated in an electrolyte in the vicinity of the magnetized steel cylinder. The Lorentz force causes movement of an electrolyte perpendicular to the direction of the external magnetic field along the cylinder axis. Comparison of calculations with experimental data allows concluding that a certain part of paramagnetic ions in the electrolyte in a magnetic field represents the nanoclusters of paramagnetic ions, which can be for example nanobubbles. The results of the theoretical modeling can be used for creating functional materials by means of magnetoelectrolysis and for modeling of the influence of the biogenic magnetic nanoparticles on transport processes and biochemical reactions in cells of live organisms.Рассчитана электродвижущая сила концентрационной физической цепи при травлении в электролите ферромагнитного электрода в форме цилиндра, которая возникает вследствие неоднородного распределения концентрации парамагнитных продуктов коррозии по поверхности стального цилиндра в неоднородных магнитостатических полях рассеяния. Такой выбор формы электрода связан с тем, что при отсутствии намагничивания все точки поверхности цилиндра есть эквивалентными и в такой модельной системе легко отделить эффекты магнитного поля от эффектов другой природы. Также рассчитаны плотность электрического тока в электролите вблизи намагниченного стального цилиндра и сила Лоренца, которая приводит к движению электролита перпендикулярно к направлению внешнего магнитного поля вдоль оси цилиндра. Проведены сравнения расчетов с экспериментальными данными, в результате которых сделаны выводы о том, что определенная часть парамагнитных ионов в электролите в магнитном поле представляет собой нанокластеры парамагнитных ионов, которыми могут быть, например, нанопузырьки. Результаты теоретического моделирования работы могут быть применены для создания функциональных материалов методами магнитоэлектролиза и для моделирования влияния биогенных магнитных наночастиц на транспортные процессы и биохимические реакции в клетках живых организмов

Потенциальные продуценты биогенных магнитных наночастиц среди патогенных и условно-патогенных микроорганизмов

Проблематика. Ускладнені форми інфекції при запальних процесах характеризуються зростанням резистентності мікрофлори до антибіотиків, що змушує шукати нові способи лікування, які б запобігали розвитку патогенних мікроорганізмів, підвищували місцевий імунітет і тим самим прискорювали регенеративні процеси. Мета дослідження. Метою роботи є класифікація патогенних та умовно-патогенних мікроорганізмів, які можуть бути потенційними продуцентами біогенних магнітних наночастинок (БМН), на предмет локалізації та властивостей БМН за допомогою методів порівняльної геноміки з перспективою їх подальшого використання як магнітокерованих векторів для цільової доставки лікарських препаратів. Це дасть змогу використовувати методи гіпертермії для знешкодження патогенних та умовно-патогенних мікроорганізмів, які здатні до біомінералізації БМН, застосовуючи для нагріву клітин безпосередньо внутрішньоклітинні БМН цих мікроорганізмів. Методика реалізації. У роботі застосовано методи попарного та множинного вирівнювання з використанням вільної в доступі програми “BLAST” Національного центру біотехнологічної інформації. Результати дослідження. Виявлено, що такі штами, як E. coli (541-15), K. pneumoniae 342, C. perfringens str. 13, P. fluorescens, є потенційними продуцентами саме кристалічного магнетиту, а мікроорганізми S. Aureus RF122, S. suis BM407, E. aerogenes KCTC 2190, K. pneumoniae RYC492, P. aeruginosa M18 можуть бути продуцентами внутрішньоклітинних аморфних БМН. Сила магнітодипольної взаємодії між БМН бактерій і БМН пухлин становить 10⁻⁷–10⁻⁸ Н. Висновки. Пояснюється ефект знешкодження патогенних мікроорганізмів за допомогою методу магнітної гіпертермії за рахунок наявності БМН. Запропоновано використовувати для лікування гнійно-запальних процесів не тільки антибіотичні препарати, але й електромагнітні поля для тих мікроорганізмів, які є продуцентами БМН. Показано, що як вектори для цільової доставки лікарських препаратів доцільно використовувати мікроорганізми з природними магнітними властивостями, що зробить метод цільової доставки препаратів надійнішим та більш ефективним і зменшить його вартість.Problems. The complicated forms of infection in inflammatory processes characterized by rising resistance of microorganisms to antibiotics, are forcing to find new treatments that would prevent development of pathogenic microorganisms, increased local immunity, and thus accelerated regenerative processes. Objective. Classification of pathogenic and opportunistic microorganisms that may be potential producers of BMN, in terms of the location and properties of BMN using the methods of comparative genomics with the prospect of their subsequent use as the vectors for magnetically targeted delivery of drugs. This will make possible the use of the hyperthermia techniques for removal of pathogenic and opportunistic microorganisms that are capable of biomineralization BMN using for heating the cells directly intracellular BMN of these microorganisms. Methods of implementation. The methods of paired and multiple sequence alignment were applied using a free access program “BLAST” of National Center for Biotechnology Information. Results. It was revealed that strains such as E. coli (541-15), K. pneumoniae 342, C. perfringens str. 13, P. fluorescens are potential producers of crystalline magnetite and bacteria: S. aureus RF122, S. suis BM407, E. aerogenes KCTC 2190, K. pneumoniae RYC492, P. aeruginosa M18 can be producers of intracellular amorphous BMN. The power of magnetic dipole interaction between BMN of the bacteria and BMN of the tumors is in the range between 10⁻⁷–10⁻⁸ N. Conclusions. It is explained the neutralization effect of pathogens by the method of magnetic hyperthermia due to the presence BMN, and it was proposed the use for the treatment of inflammatory processes not only antibiotic drugs, but also electromagnetic fields for those microorganisms which are producers of BMN. It is shown that as vectors for targeted delivery of drugs should be used microorganisms with natural magnetic properties, making method targeted delivery of drugs safer and more efficient, and reduced its cost.Проблематика. Осложненные формы инфекции при воспалительных процессах характеризуются ростом резистентности микрофлоры к антибиотикам, что заставляет искать новые способы лечения, которые бы предотвращали развитие патогенных микроорганизмов, повышали местный иммунитет и тем самым ускоряли регенеративные процессы. Цель исследования. Целью работы является классификация патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, которые могут быть потенциальными продуцентами биогенных магнитных наночастиц (БМН) на предмет локализации и свойств БМН с помощью методов сравнительной геномики с перспективой их дальнейшего использования в качестве магнитоуправляемых векторов для целевой доставки лекарственных препаратов. Это позволит использовать методы гипертермии для обезвреживания патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, которые способны к биоминерализации БМН, применяя для нагрева клеток непосредственно внутриклеточные БМН этих микроорганизмов. Методика реализации. В работе применялись методы парного и множественного выравнивания с использованием свободной в доступе программы “BLAST” Национального центра биотехнологической информации. Результаты исследования. Выявлено, что такие штаммы, как E. Coli (541-15), K. pneumoniae 342, C. Perfringens str. 13, P. fluorescens, являются потенциальными продуцентами именно кристаллического магнетита, а микроорганизмы S. aureus RF122, S. suis BM407, E. aerogenes KCTC 2190, K. pneumoniae RYC492, P. aeruginosa M18 могут быть продуцентами внутриклеточных аморфных БМН. Сила магнитодипольного взаимодействия между БМН бактерий и БМН опухолей составляет 10⁻⁷–10⁻⁸ Н. Выводы. Объясняется эффект обезвреживания патогенных микроорганизмов с помощью метода магнитной гипертермии за счет наличия БМН. Предложено использовать для лечения гнойно-воспалительных процессов не только антибиотические препараты, но и электромагнитные поля для тех микроорганизмов, которые являются продуцентами БМН. Показано, что в качестве векторов для целевой доставки лекарственных препаратов целесообразно использовать микроорганизмы с естественными магнитными свойствами, что сделает метод целевой доставки препаратов надежным и более эффективным и уменьшит его стоимость

Ферритин и биоминерализация биогенных магнитных наночастиц в микроорганизмах

Виходячи з того, що генетична основа механізму біомінералізації біогенних магнітних наночастинок є спільною для прокаріот й еукаріот, у роботі перевірено гіпотезу про обов’язкову участь молекули феритину в процесі біомінералізації біогенних магнітних наночастинок. Для цього методами порівняльної геноміки досліджено, чи всі магнітотаксисні бактерії мають у своєму геномі гени феритину. Проведено вирівнювання відомих трансльованих білків бактеріального феритину та феритинподібних білків з повними геномами МТБ, використовуючи програму blastn “BLAST on-line” за стандартних параметрів. В результаті встановлено, що механізм біомінералізації біогенних магнітних наночастинок, як у прокаріотах, так і в еукаріотах, не пов’язаний із наявністю феритину та феритинподібних білків. Також методами скануючої зондової мікроскопії проілюстровано неможливість коагуляції феритину в культурі Escherichia coli під дією зовнішніх магнітних полів напруженостей, достатніх для коагуляції біогенних та екзогенних феритових наночастинок у клітинах. Оскільки білок феритину включає кристал феригідриту, який є антиферомагнетиком, магнітні поля помірної напруженості, які змінюють наноструктурну локалізацію феритових біогенних та екзогенних наночастинок, не можуть призвести до утворення агломератів молекул феритину.In this paper, we verify the hypothesis on obligatory participation of ferritin molecules in the biomineralization process of biogenic magnetic nanoparticles assuming that the genetic mechanism of biogenic magnetic nanoparticles is consistent for prokaryotes and eukaryotes. Using comparative genomic methods, we seek to reveal whether all the magnetic bacteria have ferritin genes in their genome. Well known proteins (ferritin and ferritin-like proteins) are compared with compiling magnetotactice bacteria genomes using the blastn “BLAST on-line” under standard program parameters. This program is free software presented by National Center of Biotechnological Information. We establish that the biogenic magnetic nanoparticle biomineralization in eukaryotes and prokaryotes is not connected with availability of ferritin and ferritin like-proteins. Although we show the ferritin coagulation impossibility in Escherichia coli under the exposure of magnetic field with voltage which is enough for coagulation of biogenic and exogenous magnetic nanoparticals in cells by scanning probe microscopy method. Since protein contains ferrihydrite (antiferromagnet) crystals, magnetic fields of moderate voltage can change nanostructure localization of ferrite biogenic and exogenous magnetic nanoparticles, but cannot cause the ferritin molecules agglomerates formation.Исходя из того, что генетическая основа механизма биоминерализации биогенных магнитных наночастиц является совместной для прокариот и эукариот, в этой работе проверено гипотезу об обязательном участии молекул ферритина в процессе биоминерализации биогенных магнитных наночастиц. Методами сравнительной геномики исследовано, все ли магнитотаксисные бактерии имеют в своем геноме гены ферритина. В работе было проведено выравнивание известных белков бактериального ферритина и ферритинподобных белков с транслированными геномами магнитотаксисными бактериями, используя программу blastn “BLAST on-line” при стандартных параметрах. В результате установлено, что механизм биоминерализации биогенных магнитных наночастиц, как в эукариотах, так и в прокариотах, не связанный с наличием ферритина или ферритинподобных белков. Также методами сканирующей зондовой микроскопии показана невозможность коагуляции ферритина в культуре Escherichia coli под воздействием внешних магнитных полей напряженностей, достаточных для коагуляции биогенных и экзогенных ферритовых наночастиц в клетках. Поскольку белок ферритина содержит кристалл ферригидрита (антиферромагнетик), магнитные поля умеренного напряженности, которые меняют наноструктурную локализацию ферритовых биогенных и экзогенных наночастиц, не могут вызвать образование агломератов молекул ферритина

Эффективность магнитоуправляемого биосорбента на основе дрожжей Sacharomyces cerevisiae для очистки сточных вод

Проблематика. Проблеми створення магнітокерованого біосорбенту (МКБС) пов’язані зі зниженням його сорбційної ємності за рахунок конкуренції магнітних нано- та мікрочастинок й іонів важких металів за сайти зв’язування на поверхні отриманого біосорбенту. Мета дослідження. Мета роботи – дослідити ефективність вилучення іонів Cu²⁺ МКБС на основі дріжджів Sacharomyces cerevisiae методом магнітогідродинамічного перемішування (МГДП) у схрещених електричному та магнітному полях та встановити оптимальні технологічні параметри процесу. Методика реалізації. Дослідження проводились на експериментальній установці для модифікації біосорбенту в зовнішніх електричному і магнітному полях. Результати дослідження. В експериментальних дослідженнях було встановлено, що оптимальне значення рН для виготовлення МКБС методом МГДП у схрещених електричному і магнітному полях становить 2,5. Показано, що при рН = 2,5 відбувається максимальне вилучення катіонів міді вже через 10 хв при МГДП. Висновки. Встановлено оптимальний час приготування МКБС методом МГДП у схрещених електричному і магнітному полях, що становить 6 хв. Досліджено магнітну сприйнятливість комплексів магнітні мітки–дріжджова клітина; встановлено оптимальні технологічні параметри процесу: час перемішування, рН середовища, напруженість магнітного поля та електричного поля. Досліджено стабільність магнітних властивостей МКБС.Problems. The problems of magnetically labeled biosorbent (MLBS) associated with a reduction its sorption capacity due to competition of magnetic nano- and micro-particles and heavy metal ions for binding sites on the surface resulting biosorbent. Objective. The main goal is to investigate the effectiveness of removal of Cu²⁺ ions by magnetically labeled biosorbent based Sacharomyces cerevisiae yeast by mixing magnetohydrodynamic (MHD) in crossed electric and magnetic fields and set the optimal technological parameters of the process. Methods of implementation. The study was conducted at the experimental setup for modification of biosorbent in external electric and magnetic fields. Results. In experimental studies it was found that the optimum of the pH for the manufacture of magnetically labeled biosorbent by MHD mixing in crossed electric and magnetic fields is pH = 2.5. It is shown that at pH = 2.5 is the maximum extraction of copper cations after 10 minutes at MHD mixing. Conclusions. The optimal preparation time of MLBS by MHD mixing in crossed electric and magnetic fields, is 6 minutes. We studied magnetic susceptibility of complexes magnetic labels – yeast cell, set the optimum of technological parameters of the process: mixing time, pH value, magnetic field and electric field, studied the stability of the magnetic properties of MLBS.Проблематика. Проблемы создания магнитоуправляемого биосорбента (МКБС) связаны со снижением его сорбционной емкости за счет конкуренции магнитных нано- и микрочастиц и ионов тяжелых металлов за сайты связывания на поверхности полученного биосорбента. Цель исследования. Цель работы – исследовать эффективность извлечения ионов Cu²⁺ МКБС на основе дрожжей Sacharomyces cerevisiae методом магнитогидродинамического перемешивания (МГДП) в скрещенных электрическом и магнитном полях и установить оптимальные технологические параметры процесса. Методика реализации. Исследования проводились на экспериментальной установке для модификации биосорбента во внешних электрическом и магнитном полях. Результаты исследования. В экспериментальных исследованиях было установлено, что оптимальное значение рН для изготовления МКБС методом МГДП в скрещенных электрическом и магнитном полях составляет 2,5. Показано, что при рН = 2,5 происходит максимальное извлечение катионов меди уже через 10 мин при МГДП. Выводы. Установлено оптимальное время приготовления МКБС методом МГДП в скрещенных электрическом и магнитном полях, составляющее 6 мин. Исследована магнитная восприимчивость комплексов магнитные метки–дрожжевая клетка; установлены оптимальные технологические параметры процесса: время перемешивания, рН среды, напряженность магнитного поля и электрического поля; исследована стабильность магнитных свойств МКБС