Моделювання сферичних металевих нанокластерів, що містять моновакансію

Метою даної роботи було підвищення стійкості симуляції на основі методу Нумерова при розрахунку хвильових функцій електронів в металевому кластері та забезпечення стабільності самоузгоджених розрахунків енергетичних характеристик металевих кластерів, шляхом обмеження зміни електростатичного потенціалу. Об'єктом дослідження є методика розрахунку хвильових функцій електронів методом Нумерова та знаходження власних значень енергетичних рівнів методом пристрілки. На етапі моделювання, з метою підвищення ефективності моделі було використано метод функціоналу густини (DFT) у поєднанні з формалізмом Кона-Шема, що дозволило спростити складну задачу про взаємодію електронів в полі заряджених іонів та отримати модель, в якій незалежні електрони рухаються в деякому ефективному потенціалі. Для розрахунку обмінних і кореляційних енергій ми використовували модель стабільного желе (SJM) та наближення локальної густини (LDA). Зміна обмеження профілю електростатичного потенціалу здійснювалася шляхом введення коефіцієнтів, що визначають внески попереднього та поточного профілів електростатичного потенціалу до результуючого. Розроблено модель металевого кластера із центрованою моновакансією та методику для розрахунку його параметрів. Для забезпечення збіжності та стійкості методу Нумерова запропоновано методику двостороннього обчислення з "зшиванням" хвильової функції в емпірично обраній точці. Розроблено методику симуляції з оптимальним кроком, яку реалізовано в програмному коді для розрахунку енергетичних характеристик металевих нанокластерів, що містять моновакансії. Моделювання дозволило отримати профілі електронної густини та ефективного потенціалу для заряджених та нейтральних кластерів. Результати розрахунків порівнювалися з даними експерименту, а також із ab initio обчисленнями. Розроблені підходи та методики моделювання можуть бути рекомендовані для аналізу низькорозмірних металевих систем, систем із шаруватою структурою в тому числі.The goal of this work was to increase the stability of the simulation based on the Numerov method during the calculation of the electron wave functions in a metal cluster and to ensure the stability of selfconsistent calculations of the energy characteristics of metal clusters by limitation of the electrostatic potential changes. The object of the study is the method for calculation of the electron wave functions and energy eigenvalues by the Numerov and Shooting methods. At the modeling stage, in order to increase the efficiency of the model, the density functional theory (DFT) was used in conjunction with the Kohn-Shem formalism, which allowed us to simplify the complex problem of the electron interaction in the field of charged ions and to obtain the model of independent electrons moving in some effective potential. We used the stabilized jellium model (SJM) and local density approximation (LDA) for the exchange and correlation energies. The change of the electrostatic potential profile limitation is used by adding coefficients that determine the contributions of the previous and current electrostatic potential profile to the resultant one. Models of a metal cluster with a centered monovacancy and approaches for calculating its parameters were developed. To ensure the convergence and stability of the Numerov method, methods of two-side calculation with "cross-linking" of the wave function at the empirically selected point were proposed. The method of simulation with the optimal step is developed and implemented in the program code for calculating the energy characteristics of metal nanoclusters containing the monovacancy. Simulation allowed to obtain the electron density and effective potential profiles for charged and neutral clusters. The results of the calculations were compared with experimental data, as well as with ab initio computations. Developed approaches and simulation techniques can be recommended for the analysis of low-dimensional metal systems, including systems with a layered structure

Моделювання теплових явищ у біологічних тканинах, викликаних поверхневим плазмонним резонансом у метал-графенових наночастинках

Проаналізовано можливість використання розігріву біологічних тканин при збудженні поверхневих плазмонів у двошарових сферичних метал-графенових наночастинках для термодеструкції злоякісних новоутворень. Для визначення частотних залежностей діелектричної функції металевого ядра і провідності графенової оболонки використано моделі Друде і Кубо, відповідно, а розподіли температури в тканинах пухлини та оточуючих її здорових тканинах визначаються розв’язками неоднорідних рівнянь теплопровідності. Для чисельних оцінок і розрахунків використано відомі з літератури значення теплофізичних параметрів тканин пухлини і здорових тканин людини. Досліджено еволюцію частотних залежностей поляризовності і перерізів поглинання вказаних наночастинок при зміні радіусу і матеріалу металевого ядра і товщини графенової оболонки. Показано, що зі збільшенням радіусу металевого ядра або товщини графенової оболонки відбувається зростання максимальних значень уявної частини поляризовності і перерізу поглинання, що пов’язано з підсиленням взаємодії з електромагнітною хвилею зі збільшенням об’ємного вмісту металу у композитній наночастинці і високою концентрацією вільних електронів у графенових шарах. Продемонстровано можливість спектральних зсувів максимумів поляризовності і перерізу поглинання при зміні матеріалу ядра двошарової наночастинки внаслідок суттєвої різниці у значеннях частот об’ємних плазмонів і внеску іонного остову в діелектричну функцію. Встановлено, що теплопровідність в задачі про нагрівання біологічних тканин при збудженні поверхневого плазмонного резонансу у композитній наночастинці є квазістаціонарною. Доведено, що даний метод терапії раку є нешкідливим для здорових тканин, що оточують пухлину, внаслідок їх вкрай незначного нагрівання. Результати чисельного моделювання свідчать про необхідність застосування конгломерату метал-графенових наночастинок з метою підвищення ефективності терапії.The possibility of using heating of body tissue upon excitation of surface plasmons in two-layer spherical metal-graphene nanoparticles for thermal destruction of malignant neoplasms has been analyzed. Drude and Kubo models have been used to determine the frequency dependences of the dielectric function of the metal core and the conductivity of the graphene shell, respectively, and the distributions of temperatures in tumor tissue and surrounding healthy tissue have been determined by solutions of nonhomogeneous thermal conductivity equations. Values of thermophysical parameters of tumor tissue and healthy human tissue known from the literature have been used for numerical estimates and calculations. The evolution of the frequency dependences of the polarizability and absorption cross-sections of the indicated nanoparticles with the variation of the radius and material of the metal core and the thickness of the graphene shell has been studied. It has been shown that an increase in the radius of the metal core or thickness of the graphene shell results in an increase in the maximum values of the imaginary part of the polarizability and absorption cross-section, which is associated with increased interaction with the electromagnetic wave with increasing bulk metal content in the composite nanoparticle and with high concentration of free electrons in graphene layers. The possibility of spectral shifts of the polarizability maxima and the absorption cross-section with the variation of the core material of a two-layer nanoparticle, due to the essential difference in the values of the frequencies of bulk plasmons and the contribution of the ion core to the dielectric function, has been demonstrated. It has been established that the thermal conductivity is quasi-steady in the problem of heating of body tissue upon excitation of surface plasmon resonance in a composite nanoparticle. It has been proved that this method of cancer therapy is harmless to healthy tissue surrounding the tumor due to their extremely low heat. The results of numerical modeling demonstrate the need to use a conglomerate of metal-graphene nanoparticles in order to increase the effectiveness of therapy

IN SILICO СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ CRISPR-СИСТЕМ ШТАММОВ YERSINIA PSEUDOTUBERCULOSIS, ВЫЗЫВАЮЩИХ РАЗИЧНЫЕ КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ПСЕВДОТУБЕРКУЛEЗА

Цель: сравнить CRISPR-системы двух штаммов, вы- деленных на различных территориях от пациентов с разными клиническими проявлениями псевдотуберкуле- за, и определить специфические различия в спейсерном составе и в структуре cas-белков. Материалы и методы: проанализированы полногеном- ные последовательности штаммов Y. pseudotuberculosis IP329353 (NC_006155) и IP31758 (NC_009708) различного географического происхождения, выделенные от больных с псевдотуберкулезом с симптомами гастроэнтерита и системными проявлениями инфекции соответственно. Поиск, идентификация и анализ CRISPR систем выпол- нены с использованием онлайн-приложений CRISPROne, CRISPRDetect и CRISPRTarget. Результаты: в геноме исследуемых штаммов обнаруже- ны CRISPR-Cas системы, включающие один набор cas-генов и несколько CRISPR-локусов, значительно удаленных друг от друга. В геноме штамма Y. pseudotuberculosis IP329353 присутствует три локуса: YP1, находящийся в непосред- ственной близости от cas-генов, YP2 и YP3. CRISPR-Cas система Y. pseudotuberculosis IP31758 представлена только двумя кассетами: YP1 и YP3. CRISPR системы исследуемых штаммов не имеют одинаковых спейсеров. Заключение: CRISPR-Cas системы исследованных штаммов отличаются количеством CRISPR-локусов, их спейсерным составом и структурой cas-белков. Полу- ченные результаты определяют перспективу использо-вания CRISPR-локусов в качестве специфических молеку- лярных маркеров штаммов при изучении внутривидово- го разнообразия и эволюции Y. pseudotuberculosis.The aim of this research was to analyze and compare CRIPSR loci and cas-proteins of Yersinia pseudotuberculosis strains isolated in different territories from patients with various clinical manifestations of pseudotuberculosis. MATERIALS AND METHODS. Complete genomes of Y. pseudotuberculosis IP329353 (NC_006155) and IP31758 (NC_009708) were obtained from NCBI Nucleotide Database. Strains were isolated from patients with gastroenteritis and systemic infection respectively. Search, identification, and analysis of CRISPR systems were carried out by onlinetools CRISPROne, CRISPRDetect, and CRISPRTarget. RESULTS. Analyzed strains have CRISPR-Cas systems that include one set of cas-genes and arrays situated at the long distances from each other. We defined three CRISPR arrays in Y. pseudotuberculosis IP32953: array YP1 located near cas-genes, arrays YP2 and YP3. CRISPR-Cas system of Y. pseudotuberculosis IP31758 includes two arrays – YP1 and YP3. CRISPR systems do not share similar spacers. CONCLUSION. CRISPR systems of the analyzed strains differ in CRISPR loci and cas-protein structures that can be used as specific molecular marks of analyzed strains during the study of intra-species variability and evolution of Y. pseudotuberculosis.https://www.scimagojr.com/journalsearch.php?q=21100790112&tip=sid&clean=0am2019Biochemistr

Treatment of persistent postoperative pareses with galvanic current in peritonitis and acute intestinal obstruction

В експерименті на собаках вивчено дію постійного струму на перистальтику кишечнику, розроблено та впроваджено в практику нові методи лікування стійких парезів у ранньому післяопераційному періоді при гострій кишковій непрохідності та перитоніті, наведена порівняльна характеристика ефективності запропонованих і загальноприйнятих методів лікування.В эксперименте изучено действие постоянного тока на перистальтику кишечника, разработаны два метода лечения стойких парезов в раннем послеоперационном периоде при острой кишечной непроходимости и перитоните, представлена сравнительная характеристика эффективности предложенных и общепринятых методов.The action of constant current on the intestinal peristalsis in an experiment on dogs, new methods of treating persistent pareses at an early stage of the postoperative period in acute intestinal obstruction and peritonitis have been developed and introduced into practice, a comparative characteristic of the efficacy of the proposed and generally accepted treatment modes has been adduced

Results of treatment at an early stage of the postoperative period of patients with complicated forms of the syndrome of diabetic foot syndrome

Обстежено 113 хворих на синдром діабетичної стопи. Першій групі хворих проводили традиційне лікування, другій – традиційне лікування доповнювали гальванізацією нижніх кінцівок, третій – лікування поєднували з внутрішньотканинним електрофорезом берлітіону нижніх кінцівок. Сприятливіший перебіг та ефективність лікування відзначали у третій групі хворих. Оцінка ефективності лікування показала позитивний вплив на систему гемокоагуляції та фібринолізу, покращання динаміки цитологічної картини мазків-відбитків з ран, прискорене загоєння ран і зменшення їх бактеріальної забрудненості та зникнення локальних ознак запалення, скорочення кількості післяопераційних ускладнень та середнього терміну стаціонарного лікування. Обследовано 113 больных синдромом диабетической стопы. Первой группе больных проводили общепринятое лечение, второй – традиционное лечение дополняли гальванизацией нижних конечностей, в третьей – лечение дополняли внутритканевым электрофорезом берлитиона нижних конечностей. Наиболее благоприятное течение и эффективность лечения отмечали в третьей группе больных. Оценка эффективности лечения показала положительное влияние на систему гемокоагуляции и фибринолиза, улучшение динамики цитологической картины мазков-отпечатков с ран, более ускоренное заживление ран, уменьшение бактериальной загрязненности и уменьшение местных признаков воспаления, сокращение количества послеоперационных осложнений и средней продолжительности стационарного лечения. The author has examined 113 patients with the syndrome of the diabetic foot. One group of patients underwent traditional treatment, another one was added galvanization of the lower extremities, whereas the treatment was combined with intratissue electrophoresis of berlithion on the lower extremities in the third group. The most favourable course and treatment efficacy was noted in the third group of patients. An evaluation of the efficacy of treating has demonstrated a positive effect on the system of hemocoagulation and fibrinolysis, an improvement of the dynamics of the cytologic feature of wound impression smears, a somewhat accelerated wound repair, a more rapid decrease of their bacterial contamination and disappearance of local signs of inflammation, a reduction of the number of postoperative complications and the average term of inpatient treatment