НЕТЕРМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ НА НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ЛИПОСОМАЛЬНЫЕ КАПСУЛЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ В ВОДНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СРЕДЕ

 

Ю. В. Гуляев ¹, В. А. Черепенин ¹, И. В. Таранов ¹, В. А. Вдовин ¹, Г. Б. Хомутов ^{1, 2}

¹ Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН,
125009, Москва, ул. Моховая, 11, стр. 7

² Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
119992, Москва, Ленинские горы 1, стр. 2 

Статья поступила в редакцию 26 октября 2018 г.

Аннотация. Впервые получены новые нанокомпозитные липосомы и везикулы с модифицированной структурой, содержащие функциональные неорганические электропроводящие наночастицы, связанные как с внутренней, так и с внешней поверхностью липосомальной мембраны. Изучено влияние ультракоротких импульсов электрического поля длительностью менее 10 нс и напряженностью в диэлектрической водной среде порядка 10 кВ/см на водную суспензию таких нанокомпозитных липосом, содержащих капсулированное модельное низкомолекулярное соединение (NaCl). Было установлено, что в результате воздействия таких импульсов происходит декапсуляция и разрушение нанокомпозитных липосом, присутствующих в суспензии, сопровождающееся соответствующим увеличением проводимости суспензии. Показано, что чувствительность нанокомпозитных липосомальных капсул к электрическим воздействиям обусловлена включением в их структуру электропроводящих наночастиц. Обнаружено, что эффект декапсуляции липосомальных капсул значительно выше в случае воздействия импульсов электрического поля на липосомальные капсулы, связанные с наночастицами магнетита по сравнению со случаем аналогичного воздействия на те же капсулы, не содержащие проводящие наночастицы. Этот факт обусловливает избирательность воздействия электрических импульсов на нанокомпозитные мембранные везикулы, содержащие электропроводящие наночастицы. Проведен теоретический анализ нетеплового взаимодействия наноструктурированных липосомальных капсул, содержащих на внешней и внутренней поверхности мембраны проводящие наночастицы, с ультракороткими электрическими импульсами. Построена теоретическая модель нетеплового взаимодействия наноструктурированных липосомальных капсул с ультракороткими электрическими импульсами. В рассматриваемой модели электропроводящие наночастицы связаны с внешней и внутренней поверхностью мембран нанокомпозитных липосомальных капсул. В рамках построенной модели описаны механизмы разрушения липосомальной оболочки капсул, обусловленные взаимодействием проводящих сферических наночастиц, расположенных на противоположных поверхностях липосомальной мембраны, возникающим в результате ультракороткого электрического воздействия на водные суспензии наноструктурированных липосомальных капсул.

Ключевые слова: капсулы, липосомы, структура, наночастицы, полиэлектролиты, ультракороткие импульсы электрического поля.

Abstract. For the first time, new nanocomposite liposomes and vesicles with a modified structure containing functional inorganic electrically conductive nanoparticles associated with both the inner and the outer surface of the liposomal membrane were prepared. The effect of ultrashort electric field pulses with a duration of less than 10 ns and an intensity in a dielectric aqueous medium of the order of 10 kV/cm on the aqueous suspension of such nanocomposite liposomes containing an encapsulated model low molecular weight compound (NaCl) has been studied. It was found that as a result of exposure to such impulses, decapsulation and destruction of nanocomposite liposomes present in the suspension occurs, accompanied by a corresponding increase in the conductivity of the suspension. It is shown that the sensitivity of nanocomposite liposomal capsules to external electrical effects is due to the inclusion of electrically conductive nanoparticles in their structure. It was found that the effect of decapsulation of liposomal capsules is significantly higher in the case of the impact of electric field pulses on liposomal capsules with bound magnetite nanoparticles compared with the case of a similar effect on the same capsules that do not contain conducting nanoparticles. This fact determines the selectivity of the effect of electric pulses on nanocomposite membrane vesicles containing electrically conductive nanoparticles. A theoretical analysis of non-thermal interaction of nanostructured liposomal capsules containing conducting nanoparticles on the outer and inner surfaces of the membrane with ultrashort electrical pulses was carried out. A theoretical model of non-thermal interaction of nanostructured liposomal capsules with ultrashort electrical pulses is constructed. In the model under consideration, electrically conductive nanoparticles are associated with the outer and inner surfaces of membranes of nanocomposite liposomal capsules. Within the framework of the constructed model, the mechanisms of destruction of the liposomal capsule membrane are described, due to the interaction of conducting spherical nanoparticles located on opposite surfaces of the liposomal membrane resulting from the ultrashort electrical effect on aqueous suspensions of nanostructured liposomal capsules.

Keywords: capsules, liposomes, structure, nanoparticles, polyelectrolytes, ultrashort pulse of electric field.

 

Для цитирования:

Ю. В. Гуляев, В. А. Черепенин, И. В. Таранов, В. А. Вдовин, Г. Б. Хомутов. Нетермическое воздействие ультракоротких электрических импульсов на наноструктурированные липосомальные капсулы, находящиеся в водной диэлектрической среде. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov18/3/text.pdf

DOI 10.30898/1684-1719.2018.11.3