ИССЛЕДОВАНИЕ БИОМЕХАНИКИ МЕЖФАЗНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ БАКТЕРИИ–ВОДА–УГЛЕВОДОРОД

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОМЕХАНИКИ
МЕЖФАЗНЫХ ПРОЦЕССОВ
В СИСТЕМЕ
БАКТЕРИИ–ВОДА–УГЛЕВОДОРОД
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
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
механизмов их адгезии к различным веществам.
родококков
предусматривает
всестороннее
изучение
В частности, в лаборатории алканотрофных микроорганизмов Института экологии и генетики
микроорганизмов УрО РАН изучаются закономерности адгезии клеток родококков к жидким алканам.
Экспериментальное исследование адгезии
родококков к жидким алканам
Жидкий алкан
(н-гексадекан)
Межфазная граница
Клеточная суспензия
(в воде)
Эксперимент по измерению межфазного натяжения в системе н-гексадекан–клеточная суспензия
R. ruber ИЭГМ 123. ОП600nm 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 701.
1. 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
экспериментально
зависимость.
описывающую
наблюдаемую
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: sсл (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