Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54646 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Toluidine blue dye diffusion in hydrogel media: electrochemical experiments data and tasks for numerical simulation Диффузия толуидинового синего в гидрогелевых средах: данные электрохимических экспериментов и задачи для численного моделирования Емельянова А Ю Emelyanova A Yu Игнатьева М. М. Ignatieva M. M. Черенков И. А. Cherenkov I. A. ivch75@udsu.ru Кривилев М Д Krivilyov M D Удмуртский государственный университет ru Udmurt State University ru Удмуртский государственный университет Ижевск Россия Udmurt State University Izhevsk Russian Federation Удмуртский государственный университет Ижевск Россия Udmurt State University Izhevsk Russian Federation Удмуртский государственный университет ru Udmurt State University ru 25 06 2021 25 06 2021 6 2 315 320 20 06 2021 20 06 2021 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54646/view

В работе обобщены данные электрохимических экспериментов по исследованию диффузии толуидинового синего в гидрогелевых средах на основе биосовместимых гелеобразователей (желатина и альгината) и их комбинаций. Приведены расчеты коэффициентов диффузии на основании данных электрохимических экспериментов. Экспериментальные данные использованы для расчетов диффузионной задачи в модели, описывающей связь геометрии гелевой капли, коэффициента диффузии с временем формирования отклика и насыщением поверхности электрода электроактивными молекулами. Показаны ограничения диффузионной модели для описания экспериментальных данных. Сформулированы направления дальнейшего развития модели.

This work summarizes the electrochemical experiments data in the study of toluidine blue dye diffusion in hydrogel media based on biocompatible gelling agents (such as gelatin and alginate) and their combinations. Diffusion coefficient calculations based on electrochemical experiments findings are shown. Experimental data is used for diffusion simulation study in a model describing connection of gel drop geometry and diffusion coefficient to the response generation time and electrode surface saturation with electroactive molecules. Diffusion model restrictions for describing experimental data are shown. Further model development directions are formulated.

 толуидиновый синий циклическая вольтамперометрия альгинат желатин гидрогели COMSOL Multiphysics toluidine blue cyclic voltammetry alginate gelatin hydrogels COMSOL Multiphysics

Giobbe G.G., Crowley C., Luni C., Campinoti S., Khedr M., Kretzschmar K., De Santis M.M., Zambaiti E., Michielin F., Meran L., Hu Q., van Son G., Urbani L., Manfredi A., Giomo M., Eaton S., Cacchiarelli D., Li V., Clevers H., Bonfanti P., De Coppi P. Extracellular matrix hydrogel derived from decellularized tissues enables endodermal organoid culture. Nature communications, 2019, vol. 10, № 1, p. 5658. doi: 10.1038/s41467-019-13605-4 Giobbe G.G., Crowley C., Luni C., Campinoti S., Khedr M., Kretzschmar K., De Santis M.M., Zambaiti E., Michielin F., Meran L., Hu Q., van Son G., Urbani L., Manfredi A., Giomo M., Eaton S., Cacchiarelli D., Li V., Clevers H., Bonfanti P., De Coppi P. Extracellular matrix hydrogel derived from decellularized tissues enables endodermal organoid culture. Nature communications, 2019, vol. 10, № 1, p. 5658. doi: 10.1038/s41467-019-13605-4 Stoytcheva M., Zlatev R., Cosnier S., Arredondo M. Square wave voltammetric determination of trypsin activity. Electrochim. Acta, 2012, vol. 76, pp. 43-47. Stoytcheva M., Zlatev R., Cosnier S., Arredondo M. Square wave voltammetric determination of trypsin activity. Electrochim. Acta, 2012, vol. 76, pp. 43-47. Fonseca K.B., Bidarra S.J., Oliveira MJ., Granja P.L., Barrias C.C. Molecularly designed alginate hydrogels susceptible to local proteolysis as three-dimensional cellular microenvironments. Acta Biomater., 2011, vol. 7, no. 4, pp. 1674-1682. Fonseca K.B., Bidarra S.J., Oliveira MJ., Granja P.L., Barrias C.C. Molecularly designed alginate hydrogels susceptible to local proteolysis as three-dimensional cellular microenvironments. Acta Biomater., 2011, vol. 7, no. 4, pp. 1674-1682. Tsivadze A.Y., Batishchev O.V., Andreev V.N., Petrikov S.S., Goroncharovskaya I.V., Evseev A.K., Shabanov A.K., Goldin M.M. Voltammetric analysis in blood serum in patients with severe combined trauma. Doklady Physical Chemistry, 2019, vol. 486, no. 1. pp. 67-69. Tsivadze A.Y., Batishchev O.V., Andreev V.N., Petrikov S.S., Goroncharovskaya I.V., Evseev A.K., Shabanov A.K., Goldin M.M. Voltammetric analysis in blood serum in patients with severe combined trauma. Doklady Physical Chemistry, 2019, vol. 486, no. 1. pp. 67-69. Андреев В.Н., Евсеев А.К., Гараева Г.Р., Гольдин М.М. Сопоставление редокс-потенциала и антиоксидантной активности сыворотки крови. Молекулярная медицина, 2013, № 4, С. 37-40. @@Andreev V.N., Evseev A.K., Garaeva G.R., Goldin M.M. Blood serum redox potential and antioxidant activity comparison. Molekulyarnaya medicina, 2013, no. 4, pp. 37-40. (In Russ.) Andreev V.N., Evseev A.K., Garaeva G.R., Gol'din M.M. Sopostavlenie redoks-potenciala i antioksidantnoy aktivnosti syvorotki krovi. Molekulyarnaya medicina, 2013, № 4, S. 37-40. @@Andreev V.N., Evseev A.K., Garaeva G.R., Goldin M.M. Blood serum redox potential and antioxidant activity comparison. Molekulyarnaya medicina, 2013, no. 4, pp. 37-40. (In Russ.) Shumyantseva V.V., Bulko T.V., Suprun E.V., Kuzikov A.V., Agafonova L.E., Archakov A.I. Electrochemical methods in biomedical studies. Biochem. Suppl. Ser. B Biomed. Chem., 2015, vol. 9, no. 3, pp. 228-243. Shumyantseva V.V., Bulko T.V., Suprun E.V., Kuzikov A.V., Agafonova L.E., Archakov A.I. Electrochemical methods in biomedical studies. Biochem. Suppl. Ser. B Biomed. Chem., 2015, vol. 9, no. 3, pp. 228-243. Черенков И.А. Раевских К.С., Сергеев В.Г., Кривилев М.Д. Моделирование протеазной активности с использованием электрохимического интерфейса. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2018, т. 3, № 2, c. 422-426. @@Cherenkov I.A., Raevskich K.S., Sergeev V.G. Krivilyov M. D. Modeling protease activity using the electrochemical interface. Aktual'nye voprosy biologicheskoj fiziki i himii, 2018, vol. 3, no. 2, pp. 422-426. (In Russ.) Cherenkov I.A. Raevskih K.S., Sergeev V.G., Krivilev M.D. Modelirovanie proteaznoy aktivnosti s ispol'zovaniem elektrohimicheskogo interfeysa. Aktual'nye voprosy biologicheskoy fiziki i himii, 2018, t. 3, № 2, c. 422-426. @@Cherenkov I.A., Raevskich K.S., Sergeev V.G. Krivilyov M. D. Modeling protease activity using the electrochemical interface. Aktual'nye voprosy biologicheskoj fiziki i himii, 2018, vol. 3, no. 2, pp. 422-426. (In Russ.) Черенков И.А., Березина Л.С., Кривилев М.Д., Сергеев В.Г. Диффузия толуидинового синего в альгинат-желатиновом гидрогеле при воздействии пепсина. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2020, т. 5, № 3, c. 481-485. @@Cherenkov I.A., Berezina L.S., Krivilyov M. D., Sergeyev V.G. Diffusion of toluidine blue in alginate-gelatine hydrogel under the influence of pepsin. Aktual'nye voprosy biologicheskoj fiziki i himii, 2020, vol. 5, no. 3, pp. 481-485. (In Russ.) Cherenkov I.A., Berezina L.S., Krivilev M.D., Sergeev V.G. Diffuziya toluidinovogo sinego v al'ginat-zhelatinovom gidrogele pri vozdeystvii pepsina. Aktual'nye voprosy biologicheskoy fiziki i himii, 2020, t. 5, № 3, c. 481-485. @@Cherenkov I.A., Berezina L.S., Krivilyov M. D., Sergeyev V.G. Diffusion of toluidine blue in alginate-gelatine hydrogel under the influence of pepsin. Aktual'nye voprosy biologicheskoj fiziki i himii, 2020, vol. 5, no. 3, pp. 481-485. (In Russ.) Rawson F.J., Downard A.J., Baronian K.H. Electrochemical detection of intracellular and cell membrane redox systems in Saccharomyces cerevisiae. Sci. Rep., 2014, vol. 4, p. 5216. Rawson F.J., Downard A.J., Baronian K.H. Electrochemical detection of intracellular and cell membrane redox systems in Saccharomyces cerevisiae. Sci. Rep., 2014, vol. 4, p. 5216. Серов В.В., Шехтер А.Б. Соединительная ткань (функциональная морфология и общая патология). М.: Медицина, 1981, 312 c. @@Serov V.V., Shechter A.B. Connective tissue (functional morphology and general pathology). M.: Medicine, 1981, 312 p. (In Russ.) Serov V.V., Shehter A.B. Soedinitel'naya tkan' (funkcional'naya morfologiya i obschaya patologiya). M.: Medicina, 1981, 312 c. @@Serov V.V., Shechter A.B. Connective tissue (functional morphology and general pathology). M.: Medicine, 1981, 312 p. (In Russ.) Kumar S.A., Chen S.L., Chen S.M. Amperometric sensor for detection of the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide using a poly (pyronin B) film modified electrode. Electroanalysis, 2009, vol. 21, no. 12, pp. 1379-1386. Kumar S.A., Chen S.L., Chen S.M. Amperometric sensor for detection of the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide using a poly (pyronin B) film modified electrode. Electroanalysis, 2009, vol. 21, no. 12, pp. 1379-1386. Huang J., Zeng Q., Bai S., Wang L. Application of Coal in Electrochemical Sensing. Anal Chem., 2017, vol. 89, no. 16, pp. 8358-8365. Huang J., Zeng Q., Bai S., Wang L. Application of Coal in Electrochemical Sensing. Anal Chem., 2017, vol. 89, no. 16, pp. 8358-8365. Goudie M.J., Ghuman A.P., Collins S.B., Pidaparti R.M., Handa H. Investigation of diffusion characteristics through microfluidic channels for passive drug delivery applications. J. Drug Deliv., 2016. doi: 10.1155/2016/7913616 Goudie M.J., Ghuman A.P., Collins S.B., Pidaparti R.M., Handa H. Investigation of diffusion characteristics through microfluidic channels for passive drug delivery applications. J. Drug Deliv., 2016. doi: 10.1155/2016/7913616 Электроаналитические методы, ред. Шольц Ф. М.: Бином «Лаборатория знаний», 2010, 326 с. @@Electroanalythical metods, ed. Scholz F., M: Binom “Laboratoriya znanij”, 2010, 326 p. (In Russ.) Elektroanaliticheskie metody, red. Shol'c F. M.: Binom «Laboratoriya znaniy», 2010, 326 s. @@Electroanalythical metods, ed. Scholz F., M: Binom “Laboratoriya znanij”, 2010, 326 p. (In Russ.)