Вышедшие номера
Home » Оптика и спектроскопия » Год 2025, выпуск 12 » Статья стр. 1271
<<<>>>
Иммерсионное просветление кожи с помощью водного раствора мочевины: данные оптической когерентной томографии и молекулярное моделирование
Российский научный фонд, 23-14-00287
Березин К.В. 1, Степанович Е.Ю. 2, Лихтер А.М.2, Дворецкий К.Н. 3, Грабарчук Е.В. 2, Янина И.Ю. 1,4, Тучин В.В. 1,4,5
1Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
2Астраханский государственный университет, Астрахань, Россия
3Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского, Саратов, Россия
4Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия
5Институт проблем точной механики и управления, ФИЦ "Саратовский научный центр РАН", Саратов, Россия
Email: berezinkv@yandex.ru, teshn712@mail.ru, likhter@bk.ru, dcn@yandex.ru, kof_712@mail.ru, irina-yanina@yandex.ru, tuchinvv@mail.ru
Поступила в редакцию: 5 июня 2025 г.
В окончательной редакции: 8 августа 2025 г.
Принята к печати: 25 ноября 2025 г.
Выставление онлайн: 5 февраля 2026 г.
PDF версия
С помощью метода оптической когерентной томографии получены результаты иммерсионного оптического просветления кожи человека in vivo с использованием в качестве иммерсионного агента 50 %-водный раствор мочевины. Для оценки эффективности оптического просветления определялись значения скорости изменения коэффициента рассеяния света, полученные с помощью усредненного А-скана оптической когерентной томографии сигнала на участке дермы на глубине от 350 до 700 μm. В результате молекулярного моделирования методами полноатомной молекулярной динамики (GROMACS) определено влияние 50 %-водного раствора мочевины на пространственный объем фрагмента микрофибриллы коллагена 5((GPH)12)3. Методами квантовой химии HF/STO3G/DFT/B3LYP/6-311G(d) рассчитана энергия межмолекулярного взаимодействия в комплексе мочевины с фрагментом пептида коллагена ((GPH)3)2, уточнены параметры регрессионного уравнения, связывающего эффективность оптического просветления с энергией межмолекулярного взаимодействия. Обсуждена термодинамика водородных связей, формирующихся при взаимодействии мочевины с пептидом коллагена и молекулами воды. Ключевые слова: молекулярное моделирование, оптическое просветление кожи человека, термодинамика водородной связи, молекулярная динамика, квантовая химия, мочевина. DOI: 10.21883/0000000000
  1. V.V. Tuchin. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics, 3rd ed. (SPIE Press, Bellingham, WA, 2015). DOI: 10.1117/3.1003040
  2. H. Jonasson, I. Fredriksson, S. Bergstrand, C.J. Ostgren, M. Larsson, T. Stromberg. J. Biomed. Opt., 23 (12), 121608 (2018). DOI: 10.1117/1.JBO.23.12.121608
  3. Handbook of Tissue Optical Clearing: New Prospects in Optical Imaging, ed. by V.V. Tuchin, D. Zhu, E.A. Genina (Taylor \& Francis Group LLC, CRC Press, Boca Raton, FL, 2022). DOI: 10.1201/9781003025252
  4. J.M. Hirshburg. Chemical agent induced reduction of skin light scattering: doctoral dissertation (Texas A \& M University, 2009)
  5. D. Zhu, K.V. Larin, Q. Luo, V.V. Tuchin. Laser Photonics Rev., 7 (5), 732 (2013). DOI: 10.1002/lpor.201200056
  6. A.N. Bashkatov, K.V. Berezin, K.N. Dvoretskiy, M.L. Chernavina, E.A. Genina, V.D. Genin, V.I. Kochubey, E.N. Lazareva, A.B. Pravdin, M.E. Shvachkina, P.A. Timoshina, D.K. Tuchina, D.D. Yakovlev, D.A. Yakovlev, I.Yu. Yanina, O.S. Zhernovaya, V.V. Tuchin. J. Biomed. Opt., 23 (9), 091416 (2018). DOI: 10.1117/1.JBO.23.9.091416
  7. M. Kirillin, I. Meglinski, V. Kuzmin, E. Sergeeva, R. Myllyla. Opt. Express, 18 (21), 21714 (2010). DOI: 10.1364/OE.18.021714
  8. I. Meglinski, M. Kirillin, V. Kuzmin, R. Myllyla. Opt. Lett., 33 (14), 1581 (2008). DOI: 10.1364/OL.33.001581
  9. И.В. Меглинский, В.Л. Кузьмин, А.В. Приезжев. Квант. электрон., 36 (11), 989 (2006). [I.V. Meglinskii, V.L. Kuz'min, A.V. Priezzhev. Quant. Electron., 36 (11), 989 (2006). DOI: 10.1070/QE2006v036n11ABEH013458]
  10. L. Oliveira, V.V. Tuchin. The Optical Clearing Method: A New Tool for Clinical Practice and Biomedical Engineering (Basel: Springer Nature Switzerland AG, 2019). DOI: 10.1007/978-3-030-33055-2
  11. I. Costantini, R. Cicchi, L. Silvestri, F. Vanzi, F.S. Pavone. Biomed. Opt. Express, 10 (10), 5251 (2019). DOI: 10.1364/boe.10.005251
  12. P. Matryba, L. Kaczmarek, J. Goab. Laser Photonics Rev., 13 (8), 1800292 (2019). DOI: 10.1002/lpor.201800292
  13. T. Yu, J. Zhu, D. Li, D. Zhu. iScience, 24 (3), 102178 (2021). DOI: 10.1016/j.isci.2021.102178
  14. I.S. Martins, H.F. Silva, E.N. Lazareva, N.V. Chernomyrdin, K.I. Zaytsev, L.M. Oliveira, V.V. Tuchin. Biomed. Opt. Express, 14 (1), 249 (2023). DOI: 10.1364/BOE.479320
  15. T. Kamali, A. Doronin, T. Rattanapak, S. Hook, I. Meglinski. Laser Phys. Lett., 9 (8), 607 (2012). DOI: 10.7452/lapl.201210046
  16. S.G. Proskurin, I.V. Meglinski. Laser Phys. Lett., 4 (11), 824 (2007). DOI: 10.1002/lapl.200710056
  17. E.C. Cheshire, R.D.G. Malcomson, S. Joseph, A. Adnan, D. Adlam, G.N. Rutty. Int. J. Legal Med., 131, 1377 (2017). DOI: 10.1007/s00414-017-1570-1
  18. T. Yu, J. Zhu, Y. Li, Y. Ma, J. Wang, X. Cheng, S. Jin, Q. Sun, X. Li, H. Gong, Q. Luo, F. Xu, S. Zhao, D. Zhu. Sci. Rep., 8 (1), 1964 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-20306-3
  19. L. Chen, G. Li, Y. Li, Y. Li, H. Zhu, L. Tang, P. French, J. McGinty, Sh. Ruan. Sci. Rep., 7, 12218 (2017). DOI: 10.1038/s41598-017-12484-3
  20. H. Soleimanzad, M. Juchaux, H. Gurden, D. Crepin, F. Pain. Proc. SPIE, 11226, 1122614 (2020). DOI: 10.1117/12.2544298
  21. M.S. Lai, W.M. Chick, M.H. Law, R.Ch. Chang. Sci. Rep., preprint (2025). DOI: 10.21203/rs.3.rs-6517663/v1
  22. X. Wen, S.L. Jacques, V.V. Tuchin, D. Zhu. J. Biomed. Opt., 17 (6), 066022 (2012). DOI: 10.1117/1.JBO.17.6.066022
  23. A.N. Bashkatov, E.A. Genina, V.V. Tuchin. Handbook of Optical Sensing of Glucose in Biological Fluids and Tissues, ed. by V.V. Tuchin (Taylor \& Francis Group LLC, CRC Press, 2009), ch. 21. DOI: 10.1201/9781584889755
  24. К.В. Ларин, В.В. Тучин. Квант. электрон., 38 (6), 551 (2008). [K.V. Larin, V.V. Tuchin. Quant. Electron., 38 (6), 551 (2008). DOI: 10.1070/QE2008v038n06ABEH013850]
  25. D.K. Tuchina, R. Shi, A.N. Bashkatov, E.A. Genina, D. Zhu, Q. Luo, V.V. Tuchin. J. Biophotonics, 8 (4), 332 (2015). DOI: 10.1002/jbio.201400138
  26. V. Hovhannisyan, P.-S. Hu, S.-J. Chen, C.-S. Kim, C.-Y. Dong. J. Biomed. Opt., 18 (4), 046004 (2013). DOI: 10.1117/1.JBO.18.4.046004
  27. A.Yu. Sdobnov, M.E. Darvin, E.A. Genina, A.N. Bashkatov, J. Lademann, V.V. Tuchin. Spectrochimica Acta A, 197, 216 (2018). DOI: 10.1016/j.saa.2018.01.085
  28. A.T. Yeh, B. Choi, J.S. Nelson, B.J. Tromberg. J. Inv. Derm., 121 (6), 1332 (2003). DOI: 10.1046/j.1523-1747.2003.12634.x
  29. Z. Ou, Yi-Sh. Duh, N.J. Rommelfanger, C.H.C. Keck, Sh. Jiang, K. Brinson Jr., S. Zhao, E.L. Schmidt, X. Wu, F. Yang, B. Cai, H. Cui, W. Qi, Sh. Wu, A. Tantry, R. Roth, J. Ding, X. Chen, J.A. Kaltschmidt, M.L. Brongersma, G. Hong. Science, 385 (6713), eadm6869 (2024). DOI: 10.1126/science.adm686
  30. V.V. Tuchin, D.M. Zhestkov, A.N. Bashkatov, E.A. Genina. Optics Express, 12 (13), 2966 (2004). DOI: 10.1364/OPEX.12.002966
  31. V.V. Tuchin. Optical Clearing of Tissues and Blood (SPIE Press, Bellingham, WA, 2005). DOI: 10.1117/3.637760
  32. O. Sydoruk, O. Zhernovaya, V. Tuchin, A. Douplik. J. Biomed. Opt., 17 (11), 115002-1-6 (2012). DOI: 10.1117/1.JBO.17.11.115002
  33. O. Zhernovaya, V.V. Tuchin, M.J. Leahy. J. Biomed. Opt., 18 (2), 026014-1-8 (2013). DOI: 10.1117/1.JBO.18.2.026014
  34. O.S. Zhernovaya, E.A. Genina, V.V. Tuchin, A.N. Bashkatov. Handbook of Tissue Optical Clearing: New Prospects in Optical Imaging, ed. by V.V. Tuchin, D. Zhu, E.A. Genina (Taylor \& Francis Group LLC, CRC Press, Boca Raton, FL, 2022). P. 383--392. DOI: 10.1201/9781003025252
  35. T. Yu, X. Wen, V.V. Tuchin, Q. Luo, D. Zhu. J. Biomed. Opt., 16 (9), 095002 (2011). DOI: 10.1117/1.3621515
  36. X. Wen, Z. Mao, Z. Han, V.V. Tuchin, D. Zhu. J. Biophotonics, 3 (1-2), 44 (2010). DOI: 10.1002/jbio.200910080
  37. A.Yu. Sdobnov, M.E. Darvin, J. Schleusener, J. Lademann, V.V. Tuchin. J. Biophotonics, 12 (5), e201800283 (2019). DOI: 10.1002/jbio.201800283
  38. K.V. Berezin, E.V. Grabarchuk, A.M. Lichter, K.N. Dvoretski, V.V. Tuchin. J. Biophotonics, 17 (2), e202300354 (2024). DOI: 10.1002/jbio.202300354
  39. К.В. Березин, Е.В. Грабарчук, А.М. Лихтер, К.Н. Дворецкий, Ю.И. Сурков, В.В. Тучин. ЖТФ, 94 (3), 515 (2024). DOI: 10.61011/JTF.2024.03.57392.318-23 [K.V. Berezin, E.V. Grabarchuk, A.M. Lichter, K.N. Dvoretski, Yu.I. Surkov, V.V. Tuchin. Techn. Phys., 69 (3), 485 (2024). DOI: 10.21883/0000000000]
  40. C.C.J. Roothaan. Rev. Mod. Phys., 23 (2), 69 (1951). DOI: 10.1103/RevModPhys.23.69
  41. D.J. Faber, F.J. van der Meer, M.C.G. Aalders, T.G. van Leeuwen. Opt. Express, 12 (19), 4353 (2004). DOI: 10.1364/OPEX.12.004353
  42. P. Lee, W. Gao, X. Zhang. Appl. Opt., 49 (18), 3538 (2010). DOI: 10.1364/AO.49.003538
  43. E.A. Genina, A.N. Bashkatov, E.A. Kolesnikova, M.V. Basko, G.S. Terentyuk, V.V. Tuchin. J. Biomed. Opt., 19 (2), 021109 (2014). DOI: 10.1117/1.JBO.19.2.021109
  44. R.K. Wang, V.V. Tuchin. Handbook of Coherent-Domain Optical Methods. Biomedical Diagnostics, Environmental Monitoring, and Material Science. V. 2, 2nd ed., ed. by V.V. Tuchin (Berlin, Heidelberg, N.Y.: Springer-Verlag, 2013). P. 665. DOI: 10.1007/978-1-4614-5176-1
  45. Э.А. Генина, Н.С. Ксенофонтова, А.Н. Башкатов, Г.С. Терентюк, В.В. Тучин. Квант. электрон., 47 (6), 561 (2017). [E.A. Genina, N.S. Ksenofontova, A.N. Bashkatov, G.S. Terentyuk, V.V. Tuchin. Quant. Electron., 47 (6), 561 (2017). DOI: 10.1070/QEL16378]
  46. K. Okuyama, K. Miyama, K. Mizuno, H.P. Bachinger. Biopolymers, 97 (8), 607 (2012). DOI: 10.1002/bip.22048
  47. W.D. Cornell, P. Cieplak, C.I. Bayly, I.R. Gould, K.M.Jr. Merz, D.M. Ferguson, D.C. Spellmeyer, T. Fox, J.W. Caldwell, P.A. Kollman. J. Am. Chem. Soc., 117 (19), 5179 (1995). DOI: 10.1021/ja00124a002
  48. A.D. Becke. J. Chem. Phys., 98 (7), 5648 (1993). DOI: 10.1063/1.464913
  49. C. Lee, W. Yang, R.G. Parr. Phys. Rev. B, 37 (2), 785 (1988). DOI: 10.1103/PhysRevB.37.785
  50. M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel et al. Gaussian09, Revision A.02 (Pittsburgh PA: Gaussian, Inc. 2009)
  51. D. Van der Spoel, E. Lindahl, B. Hess, G. Groenhof, E.A. Mark, H.J.C. Berendsen. J. Comput. Chem., 26 (16), 1701 (2005). DOI: 10.1002/jcc.20291
  52. Y. Duan, C. Wu, S. Chowdhury, M.C. Lee, G. Xiong, W. Zhang, R. Yang, P. Cieplak, R. Luo, T. Lee, J. Caldwell, J. Wang, P. Kollman. J. Comp. Chem., 24 (16), 1999 (2003). DOI: 10.1002/jcc.10349
  53. H.J.C. Berendsen, J.P.M. Postma, W.F. van Gunsteren, A. DiNola, J.R. Haak. J. Chem. Phys., 81 (8), 3884 (1984). DOI: 10.1063/1.448118
  54. W. Humphrey, A. Dalke, K. Schulten. J. Mol. Graph., 14 (1), 33 (1996). DOI: 10.1016/0263-7855(96)00018-5
  55. K.V. Berezin, K.N. Dvoretski, M.L. Chernavina, A.M. Likhter, V.V. Smirnov, I.T. Shagautdinova, E.M. Antonova, E.Yu. Stepanovich, E.A. Dzhalmuhambetova, V.V. Tuchin. J. Mol. Modeling., 24 (2), 45 (2018). DOI: 10.1007/s00894-018-3584-0
  56. O. Trott, A.J. Olson. J. Сomput. Chem., 31 (2), 455 (2010). DOI: 10.1002/jcc.21334
  57. J.-D. Chai, M. Head-Gordon. J. Chem. Phys.,  128 (8), 084106 (2008). DOI: 10.1063/1.2834918
  58. S. Simon, M. Duran, J.J. Dannenberg. J. Chem. Phys.,  105 (24), 11024--11031 (1996). DOI: 10.1063/1.472902
  59. B.E. Rocher-Casterline, L.C. Ch'ng, A.K. Mollner, H. Reisler. J. Chem. Phys., 134 (21), 211101 (2011). DOI: 10.1063/1.3598339
  60. B. Ruscic. J. Phys. Chem. A, 117 (46), 11940 (2013). DOI: 10.1021/jp403197t

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme