В продолжение работ по установлению физико-химических закономерностей образования и функционирования самоорганизующихся разбавленных водных дисперсных систем биологически активных соединений (БАС), свойства которых, в том числе биологические, определяются главным образом строением и характеристиками водно-молекулярной дисперсной фазы (наноассоциатов) размером в сотни нм и отрицательным электрическим поверхностным зарядом [1-5], изучены самоорганизация, физико-химические свойства, УФ поглощение и флуоресценция разбавленных систем этанол-вода в интервале расчетных концентраций этанола 10 - 1×10Е-15 % об. Аналогичные исследования проведены для водных систем в интервале от 1 до 15 десятичных разбавлений.

В качестве незаменимого биогенного вещества этанол постоянно (эндогенно) присутствует в крови в концентрациях около 1×10Е-4 М (6×10Е-4 %), выполняя разнообразные функции, участвуя в поддержании гомеостаза организма человека и животных. Экзогенное воздействии этанола на организм сопровождается разнонаправленными концентрационными профилями биоэффектов, связанных преимущественно с действием этанола на центральную нервную и иммунную системы. Известно, что водные растворы этанола в интервале высоких концентраций (20-70%) являются гидротропными структурированными системами, способными к солюбилизации плохо растворимых БАС. Процесс самоорганизации разбавленных систем этанол-вода и его связь со свойствами систем до настоящего времени не исследованы.

Методом динамического рассеяния света (ДРС) нами показано, что разбавленные растворы этанола в интервале от 1×10Е-2-1×10Е-15 % об. являются самоорганизованными дисперсными системами, которые по мере разбавления претерпевают перестройку дисперсной фазы, сопровождающуюся немонотонным увеличением структурированности и размерной однородности, достигающей максимума при 1×10Е-6, 1×10Е-9-1×10Е-12 % об. (мономодальность распределения, снижение индекса полидисперсности до 0.3, размер наноассоциатов около 150-200 нм). В этом интервале концентраций наблюдаются наиболее выраженные изменения УФ поглощения (А225 и А275), рН, удельной электропроводности (χ), редокс-потенциала (U) систем, а также максимальная интенсивность флуоресценции (I) при λem 340 нм (λex 230 и 280 нм), которая в 2-3 раза превосходит I340 при других концентрациях. Установлена тесная корреляция между размером наноассоциатов, I340, А225 и А275, рН, χ и U систем в интервале 1×10Е-6-1×10Е-15 % об. этанола. Коэффициенты корреляции, характеризующие степень взаимосвязи данных величин, лежат в интервале от 0,7 до 0,8. При концентрациях этанола 1, 1×10Е-1, 1×10Е-5, 1×10Е-7 % об. методом ДРС структур не обнаружено, УФ поглощение и флуоресценция практически отсутствуют.

Изучение разбавленных водных систем выявило их способность по мере разбавления к структурообразованию и немонотонному изменению свойств, которые менее выражены, чем в системе этанол – вода, и в отличие от последних характеризуются практически полным отсутствием взаимосвязи размера структур и свойств систем.

Как показано ранее на примере разбавленных растворов биогенных органических и аминокислот [1,4], полученные данные позволяют прогнозировать биоэффекты разбавленных систем этанол-вода, которые могут проявляться наиболее явно в интервале 1×10Е-9-1×10Е-12 % об. этанола.





1. Ryzhkina I. S. et al. Fluorescenсe characteristics of aqueous dispersed systems of succinic acid as potential markers of their self-organization and bioeffects in low concentration range // Environmental Technology & Innovation. – 2021. – V. 21. – P. 101215. https://doi.org/10.1016/j.eti.2020.101215.

2. Ryzhkina I. S. et al. Interrelation of physicochemical, spectral, and biological properties of self-organized multi-component aqueous systems based on N-(phosphonomethyl) glycine in the low concentration range //Russian Chemical Bulletin. – 2021. – V. 70. – №. 1. – P. 81-90. https://doi.org/10.1007/s11172-021-3060-3

3. Ryzhkina I. et al. Diluted Aqueous Dispersed Systems of 4-Aminopyridine: The Relationship of Self-Organization, Physicochemical Properties, and Influence on the Electrical Characteristics of Neurons //Frontiers in chemistry. – 2021. – V. 9. – P. 623860. https://doi.org/10.3389/fchem.2021.623860

4. Ryzhkina I. S. et al. L-Tryptophan Aqueous Systems at Low Concentrations: Interconnection between Self-Organization, Fluorescent and Physicochemical Properties, and Action on Hydrobionts //Nanomaterials. – 2022. – V. 12. – №. 11. – P. 1792.. https://doi.org/10.3390/nano12111792

5. Ryzhkina I. et al. Doxorubicin aqueous systems at low concentrations: Interconnection between self-organization, fluorescent and physicochemical properties, and action on hydrobionts //Frontiers in Chemistry. – 2022. – V. 10. DOI:10.3389/fchem.2022.1063278

In continuation of the work on establishing the physicochemical patterns of the formation and functioning of self-organizing diluted aqueous dispersed systems of biologically active compounds (BACs), whose properties, including biological ones, are determined mainly by the structure and characteristics of the water-molecular dispersed phase (nanoassociates), which are characterized by a size of hundreds of nm and a negatively charged interface [1-5], self-organization, physicochemical properties, UV absorption and fluorescence of diluted ethanol-water systems in the range of calculated ethanol concentrations of 10–1×10E-15 % vol. were studied. Similar studies were carried out for aqueous systems in the range of 1 to 15 decimal dilutions.

As an indispensable biogenic substance, ethanol is constantly (endogenously) present in the blood at concentrations of approximately 1×10E–4 M (6∙10E–4 %), performing various functions, participating in the maintenance of the homeostasis of human and animal organisms. The exogenous effect of ethanol on the body is accompanied by multidirectional concentration profiles of bioeffects, mainly associated with the effect of ethanol on the central nervous and immune systems. It is known that aqueous solutions of ethanol in the range of high concentrations (20–70 %) are hydrotropic structured systems capable of solubilization of poorly soluble BAS. The process of self-organization of diluted ethanol-water systems and its connection with the properties of the systems have not been investigated to date.

Using the dynamic light scattering (DLS) method, we have shown that dilute ethanol solutions in the range from 1×10E–2–1×10E–15 % vol. are self-organized dispersed systems, which, as they are diluted, undergo a rearrangement of the dispersed phase, accompanied by a nonmonotonic increase in structuring and dimensional uniformity, reaching a maximum at 1×10E-6, 1×10E–9–1×10E–12 % vol. (monomodal distribution, decrease in the polydispersity index to 0.3, size of nanoassociates about 150–200 nm). In this concentration range, the most pronounced changes in UV absorption (A225 and A275), pH, electrical conductivity (χ), redox potential (U) of the systems, as well as the maximum fluorescence intensity (I) at λem 340 nm (λex 230 and 280 nm ), which is 2-3 times higher than I340 at other concentrations. A close correlation was established between the size of the nanoassociates, I340, A225 and A275, pH, χ and the U systems in the range of 1×10E–6–1×10E–15 % vol. ethanol. The correlation coefficients, characterizing the degree of relationship between these values, ranged from 0,7 to 0,8. At ethanol concentrations of 1, 1×10E–1, 1×10E–5, 1×10E–7 % vol. no structures were detected by the DLS method, UV absorption and fluorescence are practically absent.

The study of dilute aqueous systems revealed their ability to structure formation and nonmonotonic change in properties during dilution, which are less pronounced than in the ethanol-water system, and, unlike the latter, are characterized by an almost complete absence of the relationship between the size of structures and the properties of systems.

As shown above in the example of dilute solutions of biogenic organic and amino acids [1, 4], the data obtained make it possible to predict the bioeffects of dilute ethanol-water systems, which can manifest themselves most clearly in the range of 1×10E-9-1×10E-12 % vol. ethanol.





1. Ryzhkina I. S. et al. Fluorescenсe characteristics of aqueous dispersed systems of succinic acid as potential markers of their self-organization and bioeffects in low concentration range // Environmental Technology & Innovation. – 2021. – V. 21. – P. 101215. https://doi.org/10.1016/j.eti.2020.101215.

2. Ryzhkina I. S. et al. Interrelation of physicochemical, spectral, and biological properties of self-organized multi-component aqueous systems based on N-(phosphonomethyl) glycine in the low concentration range //Russian Chemical Bulletin. – 2021. – V. 70. – №. 1. – P. 81-90. https://doi.org/10.1007/s11172-021-3060-3

3. Ryzhkina I. et al. Diluted Aqueous Dispersed Systems of 4-Aminopyridine: The Relationship of Self-Organization, Physicochemical Properties, and Influence on the Electrical Characteristics of Neurons //Frontiers in chemistry. – 2021. – V. 9. – P. 623860. https://doi.org/10.3389/fchem.2021.623860

4. Ryzhkina I. S. et al. L-Tryptophan Aqueous Systems at Low Concentrations: Interconnection between Self-Organization, Fluorescent and Physicochemical Properties, and Action on Hydrobionts //Nanomaterials. – 2022. – V. 12. – №. 11. – P. 1792.. https://doi.org/10.3390/nano12111792

5. Ryzhkina I. et al. Doxorubicin aqueous systems at low concentrations: Interconnection between self-organization, fluorescent and physicochemical properties, and action on hydrobionts //Frontiers in Chemistry. – 2022. – V. 10. DOI:10.3389/fchem.2022.1063278