Открыть главное меню

Иолиомика – исследовательское направление, посвящённое изучению ионов в жидкостях или жидких фазах, где основное внимание уделено фундаментальным особенностям ионных взаимодействий.[1] Данное научное направление было впервые сформулировано в публикации российских учёных, посвящённой ионным жидкостям.[2] Название представляет собой комбинацию слов IOns (ионы), LIquids (жидкости) и -OMICS (омика). Иолиомика занимается широкой областью исследований структуры, свойств и приложений ионов, входящих в различные биологические и химические системы. Концепция иолиомики схожа с другими комплексными научными дисциплинами, такими как геномика, протеомика, гликомика и петролеомика, в названии которых присутствует «омика», что свидетельствует об обширности и многогранности данных.[3]

Содержание

Фундаментальная природаПравить

Природа химических взаимодействий и их описание – одна из фундаментальных проблем химии. Концепции ковалентной и ионной связи, появившиеся в начале XX века, подчеркивают основополагающие различия между электронными структурами этих взаимодействий. Данные структурные различия, в свою очередь, приводят к значительным различиям в поведении ковалентных и ионных соединений как в растворе, так и в твердой фазе[4]. В твердой фазе ионные соединения, например, соли, обычно формируют кристаллические решётки; в полярных растворителях они диссоциируют на ионы, окружённые сольватными оболочками, образуя растворы с высокой ионной проводимостью.[5] В отличие от ковалентных связей, ионные взаимодействия проявляют высокую динамичность, что позволяет «настраивать» ионные соединения с целью получения желаемых свойств.

ЗначимостьПравить

Ионные соединения активно взаимодействуют с растворителем, и эти взаимодействия могут оказывать значительное влияние на химические и биохимические процессы с участием ионов. Даже в случае простейших ионов и растворителей присутствие первых может приводить к значительным структурным перестройкам последних.[6] Ионные реакции вовлечены во множество процессов, затрагивающих как целые галактики, так и отдельные живые клетки.[7][8] Например, в клетках ионы металлов связываются с металлопротеинами и другими белками и регулируют их активность;[7] ионы участвуют в контроле нейронной активности в циклах сна - бодрствования;[9] аномальная активность ионных каналов приводит к различным заболеваниям, таким как болезни Паркинсона и Альцгеймера.[10] Поэтому, несмотря на трудности, связанные с изучение свойств и активностей ионов в различных химических и биологических системах,[1] данное исследовательское направление является одним из наиболее востребованных.

Ионные средыПравить

Особый интерес представляют ионные среды (ионные жидкости, расплавленные соли, жидкие электролиты и т.п.) — «жидкие ионы», свойства которых легко поддаются «настройке» для различных приложений. Отличительной особенностью подобных систем является самоорганизация растворителя и растворенного вещества; поэтому они часто применяются в химии, биохимии и фармацевтических исследованиях.[1][11] Одна из важнейших характеристик ионных сред — возможность осуществлять «тонкую настройку» их свойств; например, можно создать ионную жидкость, обладающую практически любым набором физико-химических или биохимических свойств.[12] Исследования ионных жидкостей — активно развивающаяся область; к настоящему моменту накоплена обширная информация по их свойствам и активностям.[1][13] Данная концепция находит применение в катализе, электрохимии, аналитике, производстве топлива, переработке биомассы, биотехнологии, биохимии и фармацевтике.[1][12][14][15]

ПримечанияПравить

  1. 1 2 3 4 5 Egorova K. S., Gordeev E. G., Ananikov V. P. Biological activity of ionic liquids and their application in pharmaceutics and medicine (англ.) // Chemical Reviews (англ.) : journal. — 2017. — DOI:10.1021/acs.chemrev.6b00562. — PMID 28125212.
  2. ИОЛИОМИКА – научная дисциплина будущего
  3. Kandpa R. P., Saviola B., Felton J. The era of ’omics unlimited. (англ.) // BioTechniques (англ.) : journal. — 2009. — Vol. 46, no. 5. — P. 351−355. — DOI:10.2144/000113137. — PMID 19480630. Архивировано 4 февраля 2017 года.
  4. Lewis G. N. The atom and the molecule (англ.) // Journal of the American Chemical Society (англ.) : journal. — 1916. — Vol. 38, no. 4. — P. 762—785. — DOI:10.1021/ja02261a002.
  5. Atkins P, de Paula J. Atkins’ Physical Chemistry. — 8. — New York : WH Freman, 2006. — ISBN 9780198700722.
  6. Mancinelli R., Botti A., Bruni F., Ricci M. A., Soper A. K. Perturbation of water structure due to monovalent ions in solution (англ.) // Physical Chemistry Chemical Physics (англ.) : journal. — 2007. — Vol. 9, no. 23. — P. 2959—2967. — DOI:10.1039/b701855j. — PMID 17551619.
  7. 1 2 Sigel R. K., Pyle A. M. Alternative roles for metal ions in enzyme catalysis and the implications for ribozyme chemistry (англ.) // Chemical Reviews (англ.) : journal. — 2006. — Vol. 107, no. 1. — P. 97—113. — DOI:10.1021/cr0502605. — PMID 17212472.
  8. Geppert W. D., Larsson M. Experimental investigations into astrophysically relevant ionic reactions (англ.) // Chemical Reviews (англ.) : journal. — 2013. — Vol. 113, no. 12. — P. 8872—8905. — DOI:10.1021/cr400258m. — PMID 24219419.
  9. Ding F., O'Donnell J., Xu Q., Kang N., Goldman N., Nedergaard M. Changes in the composition of brain interstitial ions control the sleep-wake cycle (англ.) // Science : journal. — 2016. — Vol. 352, no. 6285. — P. 550—555. — DOI:10.1126/science.aad4821.
  10. Zaydman M. A., Silva J. R., Cui J. Ion channel associated diseases: overview of molecular mechanisms (англ.) // Chemical Reviews (англ.) : journal. — 2012. — Vol. 112, no. 12. — P. 6319—6333. — DOI:10.1021/cr300360k. — PMID 23151230.
  11. Hayes R., Warr G. G., Atkin R. Structure and nanostructure in ionic liquids (англ.) // Chemical Reviews (англ.) : journal. — 2015. — Vol. 115, no. 13. — P. 6357—6426. — DOI:10.1021/cr500411q.
  12. 1 2 Holbrey J. D., Seddon K. R. Ionic liquids (неопр.) // Clean Products and Processes. — 1999. — Т. 1, № 4. — С. 223—236. — DOI:10.1007/s100980050036.
  13. Deetlefs M., Fanselow M., Seddon K. R. Ionic liquids: the view from Mount Improbable (англ.) // RSC Advances (англ.) : journal. — 2016. — Vol. 6, no. 6. — P. 4280—4288. — DOI:10.1039/c5ra05829e.
  14. van Rantwijk F., Sheldon R. A. Biocatalysis in ionic liquids (англ.) // Chemical Reviews (англ.) : journal. — 2007. — Vol. 107, no. 6. — P. 2757—2785. — DOI:10.1021/cr050946x. — PMID 17564484.
  15. Egorova K. S., Ananikov V. P. Toxicity of ionic liquids: eco(cyto)activity as complicated, but unavoidable parameter for task-specific optimization (англ.) // ChemSusChem (англ.) : journal. — 2014. — Vol. 2, no. 3. — P. 336—360. — DOI:10.1002/cssc.201300459. — PMID 24399804.