Група за нелинеарну динамику

ОБЛАСТ ИСТРАЖИВАЊА / НАЗИВ ИСТРАЖИВАЧКЕ ГРУПЕ

Група за нелинеарну динамику

КРАТАК ОПИС ИСТРАЖИВАЊА

Данас се зна да је свет у коме живимо, укључујући и нас саме, резултат самоорганизације нелинеарних система удаљених од равнотеже. Предвиђање понашања таквих система а и стварање нових динамичких структура (од моностабилних преко осцилаторних до хаотичних), могуће само помоћу моделирања. Имајући то у виду, истраживања обухваћена Групом за нелинeарну динамику Факултета за физичку хемију усмерена су ка проучавању динамике сложених нелинеарних реакционих система – хемијских, физичкохемијских, биохемијских. Помоћу експерименталних истраживања у условима затвореног и отвореног реактора (која се у појединим случајевима реализују и у присуству микроталасног,  ултразвучног и магнетног поља), постављања модела и нумеричких симулација, Група се бави истраживањем бројних динамичка стања посматраних реакционих система, као и истраживањем потенцијалних примена добијених резултата.

Конкретно, експериментално поље рада Групе обухвата проучавање динамичких стања која се под различитим условима могу реализовати у добро познатим и окарактерисаним нелинеарним осцилаторним реакционим система: пре свега u Bray-Liebhafsky реакцији, али и Belousov-Zhabotinsky и Briggs-Rauscherovoj реакцији. Систематским испитивањем ових модел-система под различитим условима (отворени/затворени реактор; променом вредности спољњих услова попут температуре, јачине електомагнетног или ултразвучног поља; различитим почетним почетним концентрацијама реакционе смесе; при деловању различитих спољњих пертурбатора попут биолошких метаболита или дрога), група је успела да окарактерише богатство различитих неравнотежних динамичких стања (бистабилност, просте периодичне осцилације, осилације мешаних модова, хаотична стања), затим бифуракције између тих стања, као и њихову глобалну временску еволуцију. Ова истраживања, као и њихова генерализација на друге нелинеране реакционе системе, омогућују постулирање механизама којима се реализују повратне спреге и сложени нелинеарни односи у неравнотежним системима. Додатно, коришћењем наведених осцилаторних реакција као аналитичке матрице, Група је дала значајан допринос у развоју метода за квантитативну анализу различитих супстаниција и фармацеутских производа, укључујући биолошке метаболите и дроге.

На бази добијених експерименталних резултата група се бави и моделирањем механизама и нумеричким симулацијама наведних осцилаторних система, анализом стабилности тих модела, њиховом бифуркационом анализом, као и анализом њиховог одговора на различите пертурбаторе. Посебан допринос Група је дала у развоју Анализе стехиометријских мрежа (енг. Stoichiometric Network Analysis-SNA), важне математичке методе за анализу стабилности реакционих модела код којих су брзине представлјене степеним функцијама концентрације.  Група се такође бави и моделирањем и нумеричким симулацијама физиолошких система, пре свега неуроендокрине хипоталамо-хипофизно-адреналне осовине (eнг. HPA axis), на основу којих је могуће изучавати поремећена динамичка стања овог неуроендокриног система условљена психогеним стресом, као и променом нивоа холестерола, алкохола и тестостерона у крви.

ЧЛАНОВИ ИСТРАЖИВАЧКЕ ГРУПЕ

др Љиљана Колар-Анић, професор емеритус

др Драгомир Станисављев, редовни професор

др Маја Пањако (Pagnacco, рођена Миленковић), научни сарадник

др Стеван Маћешић, научни сарадник

др Јелена Максимовић, истраживач сарадник

др Итана Нуша Бубања, истраживач сарадник

др Ана Станојевић, асистент и истраживач сарадник

мастер Кристина Стевановић, истраживач сарадник

др Владимир Марковић, асистент и научни сарадник

СПИСАК ДОСТУПНЕ ИСТРАЖИВАЧКЕ ОПРЕМЕ

• Diode array spectrophotometer with stopped flow accessory.

• Continuous stirred tank reactor with electrochemical monitoring system

САРАДЊА И ПРОЈЕКТИ

Партнерске институције

• Институт за хемију, технологију и металургију (ИХТМ), Универзитет у Београду, Србија
• Фармацеутски факултет, Универзитет у Београду, Србија
• Истраживачко развојни центар за биоинжењеринг BIOIRC д.о.о., Крагујевац, Србија
• Институт за општу и физичку хемију, Београд, Србија
• Karolinska institutet, Шведска
• School of Engineering, Newcastle University, Уједињено Краљевство

Национални пројекти

• „Динамика нелинеарних физичкохемијских и биохемијских система са моделирањем и предвиђањем њихових понашања под неравнотежним условима“, ОИ-172015, Министарство просветe, науке и технолошког развоја, Факултет за физичку хемију, Универзитет у Београду, Србија

Међународни пројекти

• EPSRC Healthcare Technologies Impact Fellowships EP/N033655/1
• ‘’Personalised Pulsatile Materials (PPM)’’, Newcastle Univesrsity, Уједињено Краљевство

ПУБЛИКАЦИЈЕ

Моногорафије, радови у тематским зборницима

• Ljiljana Kolar-Anić, Slobodan Anić, Željko Čupić, Ana Ivanović-Šašić, Nataša Pejić, Slavica Blagojević, Vladana Vukojević, Chapter 23 Oscillating Reactions, in Encyclopedia of Physical Organic Chemistry, 6 Volume Set, Zerong Wang (Editor), Uta Wille (Associate Editor), Eusebio Juaristi (Associate Editor), ISBN: 978-1-118-47045-9, Volume 2, Part 2 Organic Reactions and Mechanisms, p.p. 1127-1222. (February 2017) http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-1118470451.html#
• Željko Čupić, Vladimir Marković, Ana Ivanović, Ljiljana Kolar-Anić, Modeling of the Complex Nonlinear Processes: Determination of the Instability Region by the Stoichiometric Network Analysis, in: Christopher R. Brennan, Ed. Mathematical Modelling, Nova Science Publishers Inc., New York, 2013, pp. 111-178, (ISBN: 978-1-61209-651-3)

Радови објављени у међународним часописима

• I. N. Bubanja, T. Bánsági Jr. and A. F. Taylor, KINETICS OF THE UREA–UREASE CLOCK REACTION WITH UREASE IMMOBILIZED IN HYDROGEL BEADS, Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, (2017) DOI: 10.1007/s11144-017-1296-6 (in press)
• Maja C. Pagnacco, Jelena P. Maksimović, Bojan Ž. Janković, ANALYSIS OF TRANSITION FROM LOW TO HIGH IODIDE AND IODINE STATE IN THE BRIGGS-RAUSCHER OSCILLATORY REACTION CONTAINING MALONIC ACID USING KOLMOGOROV-JOHNSON-MEHL-AVRAMI (KJMA) THEORY, Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis (2017), DOI: 10.1007/s11144-017-1288-6 (in press)
• A. Stanojević, V. M. Marković, S. Maćešić, Lj. Kolar-Anić, V. Vukojević, KINETIC MODELLING OF TESTOSTERONE-RELATED DIFFERENCES IN THE HYPOTHALAMIC–PITUITARY–ADRENAL AXIS RESPONSE TO STRESS”, Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis (2017). https://doi.org/10.1007/s11144-017-1315-7 (in press)
• I. N. Bubanja, M. C. Pagnacco, J. P. Maksimović, K. Stevanović and D. Stanisavljev, DIFFERENT INFLUENCES OF ADRENALINE ON THE BRAY-LIEBHAFSKY AND BRIGGS-RAUSCHER IODATE BASED OSCILLATING REACTIONS, Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, (2017) DOI: 10.1007/s11144-017-1305-9 (in press)
• M. C. Pagnacco, M. D. Mojović, A. Popović-Bijelić, A. K. Horvath, INVESTIGATION OF THE HALOGENATE-HYDROGEN PEROXIDE REACTIONS USING THE ELECTRON PARAMAGNETIC RESONANCE SPIN TRAPPING TECHNIQUE, J. Phys. Chem. A, 121, (2017) 3207-3212.
• D. Stanisavljev, G. Gojgić-Cvijović, I. N. Bubanja, SCRUTINIZING MICROWAVE EFFECTS ON GLUCOSE UPTAKE IN YEAST CELLS, European Biophysics Journal, 46 (2017) 25–31.
• Kristina Z. Stevanovic, Itana Nuša M. Bubanja, Dragomir R. Stanisavljev, DOMINATION OF THERMODYNAMICALLY DEMANDING OXIDATIVE PROCESSES IN REACTION OF IODINE WITH HYDROGEN PEROXIDE, Chemical Physics Letters, 684 (2017) 257–261.
• A. Stanojević, V. M. Marković, Ž. Čupić, V. Vukojević, Ljiljana Kolar-Anić, MODELLING OF THE HYPOTHALAMIC-PITUITARY-ADRENAL AXIS PERTURBATIONS BY EXTERNALLY INDUCED CHOLESTEROL PULSES OF FINITE DURATION AND WITH ASYMMETRICALLY DISTRIBUTED CONCENTRATION PROFILE, Russian Journal of Physical Chemistry A, 91 (2017) 112-119. doi: 10.1134/S0036024417130027
• Ž. Čupić, A. Stanojević, V. M. Marković, Lj. Kolar-Anić, L. Terenius, V. Vukojević, THE HPA AXIS AND ETHANOL: A SYNTHESIS OF MATHEMATICAL MODELLING AND EXPERIMENTAL OBSERVATIONS, Addiction Biology, 22 (2016) 1486-1500. doi: 10.1111/adb.12409.
• M. R. Gizdavic-Nikolaidis, М. М. Jevremovic, М. Milenkovic, М. C. Allison, D. R. Stanisavljev, G. A. Bowmaker, and Z. D. Zujovic, HIGH YIELD AND FACILE MICROWAVE- ASSISTED SYNTHESIS OF CONDUCTIVE H2SO4 DOPED POLYANILINES, Materials Chemistry and Physics, 173 (2016) 255-261. DOI:10.1016/j.matcchemphys.2016.02.11
• Abulseoud Osama A, Ho Man Choi, Choi Doo-Sup, Stanojević Ana, Čupić Željko, Kolar-Anić Ljiljana, Vukojević Vladana, Corticosterone oscillations during mania induction in the lateral hypothalamic kindled rat-Experimental observations and mathematical modeling, PLoS One, 12 (2017) e0177551.
• I. N. Bubanja, S. Maćešić, A. Ivanović-Šašić, Ž. Čupić, S. Anić, Lj. Kolar-Anić, Intermittent chaos in the Bray-Liebhafsky oscillator. Temperature dependence, Physical Chemistry Chemical Physics, 18 (2016) 9770-9778. DOI: 10.1039/C6CP00759G
• Branislav Stanković, Željko Čupić, Stevan Maćešić, Nataša Pejić, Ljiljana Kolar-Anić, Complex bifurcations in the oscillatory reaction model, Chaos Solitons and Fractals: the interdisciplinary journal of Nonlinear Science, 87 (2016) 84–91. doi.org/10.1016/j.chaos.2016.03.013
• Vladimir M. Marković, Željko Čupić, Stevan Maćešić, Ana Stanojević, Vladana Vukojević, Ljiljana Kolar-Anić, Modelling cholesterol effects on the dynamics of the hypothalamic–pituitary–adrenal (HPA) axis, Mathematical Medicine and Biology, 33 (2016) 1-28.
• Željko Čupić, Vladimir M. Marković, Stevan Maćešić, Ana Stanojević, Svetozar Damjanović, Vladana Vukojević, Ljiljana Kolar-Anić, Dynamic transitions in a model of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, Chaos, 26 (2016) 033111. doi: 10.1063/1.4944040
• Stevan Maćešić, Željko Čupić, Slobodan Anić, Ljiljana Kolar-Anić, Autocatalator as the source of instability in the complex non-linear neuroendocrine model, International Journal of Non-Linear Mechanics 73 (2015) 25-30. doi 10.1007/s13738-014-0447-1.
• Olga M. Jakšić, Danijela V. Ranđelović, Zoran S. Jakšić, Željko D. Čupić, Ljiljana Z. Kolar-Anić, Plasmonic sensors in multi-analyte environment: Rate constants and transient analysis, Chemical Engineering Research and Design, 92 (2014) 91-101.
• Olga M. Jakšić, Zoran Jakšić, Željko D. Čupić, Danijela V. Ranđelović, Ljiljana Z. Kolar-Anić, Fluctuations in Transient Response of Adsorption-Based Plasmonic Sensors, Sensors & Actuators: B. Chemical, 190 (2014) 419-428.
• Dragomir R. Stanisavljev, Zoran Velikić, Dragan S. Veselinović, Nevena V. Jacić, Maja C. Milenković, BRAY–LIEBHAFSKY OSCILLATORY REACTION IN THE RADIOFREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD, Chemical Physics, 441 (2014) 1–4.
• Ž. Čupić, A. Ivanović-Šašić, S. Anić, B. Stanković, J. Maksimović, Lj. Kolar-Anić, G. Schmitz, Tourbillion in the Phase Space of the Bray-Liebhafsky Nonlinear Oscillatory Reaction and Related Multiple-Time-Scale Model, MATCH Commun. Math. Comput. Chem., 69 (2013) 805-830.
• Ž. D. Čupić, Lj. Z. Kolar-Anić, S. R. Anić, S. R. Maćešić, J. P. Maksimović, M. S. Pavlović, M. C. Milenković, I. Nuša M. Bubanja, E. Greco, S. D. Furrow and R. Cervellati, Regularity of Intermittent Bursts in Briggs-Rauscher Oscillating Systems with Phenol, Helvetica Chimica Acta, 97 (2014) 321-333
• N. Pejić, S. Blagojević, N. Sarap, J. Maksimović, S. Anić, Ž. Čupić, Lj. Kolar-Anić, Perturbations of the Dushman reaction with piroxicam: experimental and model calculations, Helvetica Chimica Acta., 97 (2014) 47-55, doi: 10.1002/hlca.201300109.
• Nataša D. Pejić, Nataša B. Sarap, Jelena P. Maksimović, Slobodan R. Anić, Ljiljana Z. Kolar-Anić, Pulse perturbation technique for determination of piroxicam in pharmaceuticals using an oscillatory reaction system, Cent. Eur. J. Chem. 11 (2013) 180-188.
• Nataša Pejić, Ljiljana Kolar-Anić, Jelena Maksimović, Marija Janković, Vladana Vukojević, Slobodan Anić, Dynamic transitions in the Bray–Liebhafsky oscillating reaction. Effect of hydrogen peroxide and temperature on bifurcation, Reac. Kinet. Mech. Cat, 2016 118 (1):15-26, DOI 10.1007/s11144-016-0984-y.
• Stevan Maćešić, Željko Čupić, Ljiljana Kolar-Anić, Bifurcation analysis of the reduced model of Bray–Liebhafsky reaction, Reac. Kinet. Mech. Cat, 118 (2016) 39-55 Erratum 57-57. DOI: 10.1007/s11144-016-1000-2
• Željko Čupić, Ana Ivanović-Šašić, Stevan Blagojević, Slavica Blagojević, Ljiljana Kolar-Anić, Slobodan Anić, Return maps analysis of the highly nonlinear Bray-Liebhafsky reaction model, Reac. Kinet. Mech. Cat, 118 (2016) 27-38. DOI: 10.1007/s11144-016-0998-5
• S. N. Blagojević, Ž. Čupić, A. Ivanović-Šašić and Lj. Kolar-Anić, Mixed-mode Oscillations and Chaos in Return Maps of an Oscillatory Chemical Reaction, Russian Journal of Physical Chemistry A, 13 (2015) 2349-2358.
• Stevan R. Maćešić, Željko D. Čupić, Slavica M. Blagojević, Nataša D. Pejić, Slobodan R. Anić and Ljiljana Z. Kolar-Anić, Current rates and reaction rates in the Stoichiometric Network Analysis (SNA), Open Chem. (Central European Journal of Chemistry), 13 (2015) 591–599.
• Olga Jakšić, Ivana Jokić, Zoran Jakšić, Željko Čupić and Ljiljana Kolar-Anić, Adsorption-induced fluctuations and noise in plasmonic metamaterial devices, Phys. Scr. T, 162 (2014) 014047
• S. M. Blagojević, S. R. Anić, Ž. D. Čupić, S. N. Blagojević, Lj. Z. Kolar-Anić, Numerical Evidence of Complex Nonlinear Phenomena of the Belousov-Zhabotinsky Oscillatory Reaction under Batch Conditions, Russian Journal of Physical Chemistry A, 87 (2013) 2140-2145.
• O. M. Jakšić, Ž. D. Čupić, Z. S. Jakšić, D. V. Ranđelović and Lj. Z. Kolar-Anić, Monolayer Gas Adsorption in Plasmonic Sensors: Comparative Analysis of Kinetic Models, Russian Journal of Physical Chemistry A, 87 (2013) 2134-2139.
• S. Maćešić., Ž. Čupić, Lj. Kolar-Anić, Model of the nonlinear reaction system with autocatalysis and autoinhibition: Stability of dynamic states, Hemijska industrija, 66 (2012) 637-646.
• N. D. Pejić, J. P. Maksimović, S. M. Blagojević, S. R. Anić, Ž. D. Čupić, Lj. Z. Kolar-Anić, Kinetic Analytical Method for Determination of Uric Acid in Human Urine using Analyte Pulse Perturbation Technique, J. Braz. Chem. Soc., 23 (2012) 1450-1459.
• Maja C. Milenković, Dragomir R. Stanisavljev, ROLE OF FREE RADICALS IN MODELING THE IODIDE PEROXIDE REACTION MECHANISM, The journal of physical chemistry A, 116 (2012) 5541-5548.
• N. Pejić, S. Anić, Lj. Kolar-Anić, Analytical Applications of Oscillatory Chemical Reactions: Determination of Some Pharmaceuticaly and Biologically Important Compounds (Review), Hemijska industrija, 66 (2012) 153-164.