Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54062 НАНОБИОФИЗИКА NANOBIOPHYSICS НАНОБИОФИЗИКА INVERSE BOUNDARY VALUE PROBLEMS FOR THE DISTRIBUTION OF MAGNETIC MODIFIED MICROORGANISMS IN A MAGNETIC FIELD ОБРАТНАЯ КРАЕВАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНО МОДИФИЦИРОВАННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ Абрамов Е Г Abramov E G Богомолова Е В Bogomolova E V Панина Л К Panina L K lkpanina@yandex.ru Коликов В А Kolikov V A Снетов В Н Snetov V N Санкт-Петербургский государственный университет ru Saint-Petersburg state university ru Санкт-Петербургский государственный университет; Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН ru Saint-Petersburg state university; Komarov Botanical institute RAS ru Санкт-Петербургский государственный университет ru Saint-Petersburg state university ru Институт электрофизики и электроэнергетики РАН ru Institute for Electrophysics & Electroenergetics RAS ru Институт электрофизики и электроэнергетики РАН ru Institute for Electrophysics & Electroenergetics RAS ru 25 12 2016 25 12 2016 1 2 51 53 20 12 2016 20 12 2016 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54062/view

Модификация исходно немагнитных клеток и микроорганизмов с помощью магнитных наночастиц является одной из перспективных тенденций нанотехнологий. Искусственно созданные магнитно чувствительные клетки поддаются дистанционному управлению, транспорту или целенаправленной локализации с помощью магнитного поля. Предложена математическая модель, описывающая движение и распределение магнитно модифицированных микроорганизмов во внешнем магнитном поле. Цель данной работы состояла в решении обратной задачи поиска значений координат поля, в которых скорости перемещения магнитно модифицированных микроорганизмов обращаются в ноль. Определены изолинии нулевых значений скоростей в расчетной области, в которой клетки захватываются магнитным полем. Показано, что решение обратной задачи при заданных магнитной индукции, плотности среды, концентрации клеток, размера наночастиц и их намагниченности зависит от размера клетки и числа наночастиц, присоединенных к ней и позволяет определять область захвата магнитно модифицированных клеток.

Modification of originally non-magnetic cells and microorganisms using magnetic nanoparticles is one of the promising trends in nanotechnology. Artificially created magnetic sensitive cells amenable to remote control, transport or targeted localization using a magnetic field. We propose a mathematical model describing the movement and distribution of the magnetically modified microorganisms in an external magnetic field. The work focuses on the solution of the inverse value problem in order to search coordinate, where velocity of magnetically modified microorganisms are treated to zero. Zero-speed contours are defined in the computational domain, in which cells are captured by the magnetic field. It is shown that the solution of the inverse problem under given magnetic induction, density of the medium, cell’s concentration, the size of nanoparticles and their magnetization depends on the size of matrix cells and on the number of nanoparticles attached to it and allows to determine the area to capture the magnetically modified cells.

 магнитные наночастицы магнитно модифицированные клетки магнитное поле magnetic nanoparticles the magnetically modified cells the magnetic field

Rutberg Ph.G., Kolikov V.A., Kurochkin V.E., Panina L.K., Rutberg A.Ph. Electric discharges and the prolonged microbial resistance of water. IEEE Transactions on Plasma Science., 2007, vol. 35, no. 4, pp. 1111-1118. Rutberg Ph.G., Kolikov V.A., Kurochkin V.E., Panina L.K., Rutberg A.Ph. Electric discharges and the prolonged microbial resistance of water. IEEE Transactions on Plasma Science., 2007, vol. 35, no. 4, pp. 1111-1118. Рутберг Ф.Г., Коликов В.А., Снетов В.Н, Стогов А.Ю., Абрамов Е.Г., Богомолова Е.В., Панина Л.К. Импульсные электрические разряды в воде как средство получения магнитных наночастиц для транспорта микроорганизмов. ЖТФ, 2012, т. 82, № 12, с. 52-57. [Rutberg F.G., et al. Pulsed electric discharges in water as a source of magnetic nanoparticles for transportation of microorganisms. Technical physics, 2012, vol. 57, no. 12, pp. 1661-1666. (In Rus.)] Rutberg F.G., Kolikov V.A., Snetov V.N, Stogov A.Yu., Abramov E.G., Bogomolova E.V., Panina L.K. Impul'snye elektricheskie razryady v vode kak sredstvo polucheniya magnitnyh nanochastic dlya transporta mikroorganizmov. ZhTF, 2012, t. 82, № 12, s. 52-57. [Rutberg F.G., et al. Pulsed electric discharges in water as a source of magnetic nanoparticles for transportation of microorganisms. Technical physics, 2012, vol. 57, no. 12, pp. 1661-1666. (In Rus.)] Safarik I., Pospiskova K., Baldikova E., Safarikova M. Magnetically responsive biological materials and their applications. Adv. Mater. Lett. 2016, vol.7, no. 4, pp. 254-261. Safarik I., Pospiskova K., Baldikova E., Safarikova M. Magnetically responsive biological materials and their applications. Adv. Mater. Lett. 2016, vol.7, no. 4, pp. 254-261. Fakhrullin R., Garcia-Alonso J., Paunov V.A. Direct technique for preparation of magnetically functionalized living yeast cells. Soft matter., 2010, vol. 6, pp. 391-397. Fakhrullin R., Garcia-Alonso J., Paunov V.A. Direct technique for preparation of magnetically functionalized living yeast cells. Soft matter., 2010, vol. 6, pp. 391-397.