Выполнила студентка группы Бм-09 ФПММ: Феоктистова Екатерина Валерьевна Научные руководители: Куюкина Мария Станиславовна ИЭГМ УрО РАН Осипенко Михаил Анатольевич ПНИПУ Научный консультант: Рубцова Екатерина Владимировна ИЭГМ УрО РАН ИССЛЕДОВАНИЕ БИОМЕХАНИКИ МЕЖФАЗНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ БАКТЕРИИ–ВОДА–УГЛЕВОДОРОД

Бактерии рода Rhodococcus Бактерии рода Rhodococcus способны к окислению углеводородов нефти, смол, фенольных и полихлорированных соединений, гумусовых веществ, лигнина и его производных, восков, пестицидов др. Некоторые родококки способны усваивать непредельные углеводородные соединения, например, ацетилен и пропен, а также ароматические – фенолы, хлорфенолы, ароматические углеводороды нефти. Поэтому родококки широко используются для очистки почвы и воды от различных загрязнений. Реализация биотехнологического потенциала родококков предусматривает всестороннее изучение механизмов их адгезии к различным веществам. В частности, в лаборатории алканотрофных микроорганизмов Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН изучаются закономерности адгезии клеток родококков к жидким алканам.

Клеточная суспензия (в воде) Жидкий алкан (н-гексадекан) Межфазная граница Экспериментальное исследование адгезии родококков к жидким алканам Эксперимент по измерению межфазного натяжения в системе н-гексадекан–клеточная суспензия R. ruber ИЭГМ 123. ОП 600nm клеточных суспензий: 0; 0.25; 0.5; 0.75; 1.0; 1.25; 1.5; 2.0; 2.25.

Оборудование для измерения межфазного натяжения Эксперименты проводились при помощи установки Sigma Кольцо над поверхностью и силы обнуляются. 2. Кольцо касается поверхности, наблюдается небольшая сила в связи с силой сцепления между кольцом и поверхностью. 3. Кольцо проходит границу жидкости, наблюдаем небольшую отрицательную силу. 4. Кольцо проходит через поверхность и наблюдается положительная сила в связи с поддержкой провода кольца. 5. Кольцо прикасается к поверхности. 6. Кольцо повисает над поверхностью и жидкость поднимается с ней, возникает большая положительная сила. 7. Кольцо достигает высоты, максимальный объем жидкости поднимается. 8. Максимальное усилие передается, в первую жидкости по краям, а затем происходит отрыв жидкости от кольца.

Цель настоящей работы – предложить теоретическое объяснение своеобразной зависимости межфазного натяжения от времени и построить математическую модель, адекватно описывающую экспериментально наблюдаемую зависимость.

Теоретическое объяснение резкого и нерегулярного уменьшения межфазного натяжения: на межфазной границе образуется единая пленка бактерий. Детерминированная математическая модель:

Подбираем t1, σ0, σ10, σ11, n2, n3 так, чтоб график σ(t) максимально был приближен к графику σ(t) полученному экспериментальным путем, без беспорядочного колебания (концентрация бактерий в единицах оптической плотности клеточной суспензии ОП=0,75) Черным цветом показать все (с колебаниями) экспер данные Теорию - гладкую

Вероятностная математическая модель: Cтепень образования единой пленки s(n) – случайная величина: s сл (n), равномерно распределенная на отрезке [s(n)-Δ(n), s(n)+Δ(n)], где s(n) – ранее использованная не случайная величина. Зависимость Δ(n) подбирается по экспериментальным данным и качественно имеет вид: Далее снова подбираем t1, σ0, σ10, σ11, n2, n3 так, чтоб график σ(t) максимально был приближен к графику σ(t) полученному экспериментальным путем, с беспорядочным колебанием (концентрация бактерий в единицах оптической плотности клеточной суспензии ОП=0,75).

Зависимость межфазного натяжения в системе н-гексадекан–клеточная суспензия Rhodococcus ruber ИЭГМ 123 от времени; черная линия – экспериментальные данные; красная линия – теоретический результат, полученный с помощью вероятностной математической модели.

Выводы Экспериментально наблюдаемая зависимость межфазного натяжения в системе бактерии-вода-углеводород от времени носит сложный и нерегулярный характер. Поэтому детерминированная (не вероятностная) модель может лишь качественно описать эту зависимость. Более точное соответствие между теорией и экспериментом достигается с помощью разработанной вероятностной модели. Эта модель качественно и количественно описывает основные черты рассматриваемого явления. Модель является перспективной и допускает дальнейшее развитие. Это развитие будет состоять в уточнении вероятностных характеристик процесса и механизмов поведения бактериальных клеток на границе раздела фаз.

Спасибо за внимание Спасибо за внимание