Генерация и аккумуляция заряда в проточной системе для выявления белковых маркеров заболеваний

Аннотация

Вода является основной компонентой в организме человека, определяющей гемодинамику. В процессе движения воды наблюдается генерация заряда, обусловленная её электрокинетическими свойствами. В работе исследована временная зависимость генерации и аккумуляции заряда в воде, движущейся по проточной системе. Показано, что при определённых условиях, временная зависимость аккумуляции заряда имеет нелинейный характер — наблюдается скачкообразное изменение регистрируемой величины (эффект электрогидродинамического барьера стекания заряда, ЭБСЗ). Появление этих скачков зависит от расстояния (l) между срезом наконечника подающей трубки проточной системы и электродом заземления, вставленным в эту трубку. Эффект наблюдается при расстоянии l~10 см и более. Этот эффект должен учитываться в фундаментальных исследованиях свойств воды, а также при разработке моделей, описывающих гемодинамику в организме в норме и патологии. Кроме того, полученные результаты следует использовать при разработке высокочувствительных аналитических систем, таких, как нанопроводные, на основе атомно-силового микроскопа (АСМ) и других диагностических систем, предназначенных для повышения эффективности раннего выявления патологического процесса. Цель исследования: мониторинг генерации и аккумуляции электрического заряда при движении воды, как компоненты организма и основы растворов, используемых в аналитических системах. Методика: исследован процесс генерации и аккумуляции заряда в воде при ее движении в проточной системе. В качестве такой системы использовалась проточная часть АСМ-фишинг системы, с помощью которой показана возможность высокой концентрационной чувствительности анализа при обнаружении белковых маркеров заболеваний. Измерения величины электрического заряда проводились с помощью электрометра, включенного в проточную систему подачи образца системы АСМ-фишинга [1, 2]. Основные элементы системы подачи — перистальтический насос, трубка для подачи воды, полипропиленовый наконечник к трубке и измерительная ячейка. К измерительной ячейке подключен электрометр, разработанный в ИБМХ. В процессе измерений деионизованная вода непрерывно подавалась в ячейку с помощью насоса. Скорость потока (~15 мкл/с) подобрана таким образом, чтобы на наконечнике (внутренний диаметр 0,4 мм) подающей трубки формировались капли. Для поддержания постоянного потенциала в резервуаре с исходной водой, в подающую трубку вставлен электрод заземления. Расстояние от электрода до среза наконечника трубки (l) варьировалось и составляло 5, 10 или 15 см. Эксперименты проводились при t = 35°C и влажности 49%. Результаты: показано, что в фишинг-системе, после прохождения деионизованной воды по подающей трубке этой системы, генерируется электрический заряд, который регистрируется при поступлении воды в измерительную ячейку. По результатам измерений наблюдается аккумуляция заряда. При постоянной скорости подачи воды наблюдается как линейное увеличение величины заряда в измерительной ячейке, так и скачкообразное. Появление этого эффекта зависит от расстояния между наконечником и электродом заземления в подающей трубке — эффект обнаруживается при величине этого расстояния, l~10 см и более. Обнаруженная скачкообразная зависимость названа эффектом электрогидродинамического барьера стекания заряда (ЭБСЗ). Заключение: Обнаружено, что при движении воды в проточной системе, в процессе её непрерывной подачи, в измерительной ячейке накапливается заряд, поступающий с водой из наконечника подающей трубки. Установлена линейно-скачкообразная зависимость накопления заряда в ячейке (эффект ЭБСЗ). Величина скачка накопленного заряда (порядка нескольких нКл) зависит от расстояния между наконечником и электродом заземления, вставленного в подающую трубку. Этот эффект должен учитываться при проведении фундаментальных исследований, посвященных изучению физико-химических свойств воды, а также при создании уточненных моделей, описывающих гемодинамику в организме в норме и патологии. Кроме того, полученные результаты следует использовать при разработке высокочувствительных диагностических систем на основе молекулярных детекторов, включающих проточный способ подачи образца, и предназначенных для повышения эффективности раннего выявления патологического процесса.