Отчет о научно-исследовательской работе icon

Отчет о научно-исследовательской работе


Смотрите также:
Отчёт о научно-исследовательской работе за 2009 год...
Отчет по научно-исследовательской работе студенческого кружка "Гармония"...
Задачи: повысить уровень подготовки школьников в области научно-исследовательской работы...
Отчёт о научно-исследовательской работе. Nгос регистрации 01 80 005757 инв. N02. 90 002391...
Отчет о научно-исследовательской работе фгоу впо «Кемеровский гсхи» за 2008год...
Отчёт по научно-исследовательской работе за 2009 год...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе...
Отчет о научно-исследовательской работе “ наименование работы...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4
скачать
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К. И. Скрябина» (ФГОУ ВПО МГАВМиБ)




УДК 544.7

№ госрегистрации 01200961265

Инв. № 59-11-13




«УТВЕРЖДАЮ»

Ректор ФГОУ ВПО МГАВМиБ,

академик РАСХН, профессор


______________Ф.И. Василевич

«___» марта 2011 г.



^ ОТЧЕТ о научно-исследовательской работе


Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области коллоидной химии и поверхностных явлений.


по теме:

РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И СОЗДАНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ВЕТЕРИНАРНО-БИОЛОГИЧЕСКИХ И ЗООТЕХНИЧЕСКИХ

НАПРАВЛЕНИЙ

^
(промежуточный этап №5)


«Теоретические и экспериментальные исследования мембранных коллоидных систем (МКС) и динамического поверхностного натяжения (ДПН) БКС»


Государственный контракт от «07» июля 2009 г. № 02.740.11.0270 в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы

Мероприятие 1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров.


Руководитель проекта,

академик РАСХН, д.с/х.н., проф. ___________ Н.А. Балакирев


«__» марта 2011 г.


Москва 2011

^ Список основных исполнителей


Проректор по НР, академик РАСХН, д.с./х.н., проф.

____________

подпись, дата

Н.А. Балакирев

Раздел 5.6

Зав. кафедрой, д.х.н., д.б.н., проф.

____________

подпись, дата

С. Ю. Зайцев

Раздел 5.1-5.7

Проф., д.х.н

____________

подпись, дата

М. С. Царькова

Раздел 5.1, 5.2, 5.4, 5.6, 5.7

Доцент, к.х.н.

____________

подпись, дата

Л.А. Фролова

Раздел 5.7

Доцент, к.х.н.

____________

подпись, дата

О.С. Белоновская

Раздел 5.1, 5.2, 5.4

Доцент, к.б.н.

____________

подпись, дата

А.А. Лисицына

Раздел 5.7

Аспирант

____________

подпись, дата

Е. Н. Зарудная

Раздел 5.1, 5.3, 5.4

Аспирант

____________

подпись, дата

А. Н. Тимонин

Раздел 5.2

Аспирант

____________

подпись, дата

М.Н. Шапошников

Раздел 5.7

Зав. уч. лабораторией

к.б.н.

____________

подпись, дата

И.В. Милаева

Раздел 5.1, 5.3, 5.4, 5.5

Аспирант

____________

подпись, дата

Н.А. Довженко

Раздел 5.1, 5.3, 5.4, 5,5

Аспирант

____________

подпись, дата

Н.А.Ткачев

Раздел 5.5

Студентка

____________

подпись, дата

Д.О. Соловьева

Раздел 5.1, 5.3, 5.4, 5.5

Инженер

____________

подпись, дата

Е.В. Баннова

Раздел 5.4

Нормоконтролер

____________

подпись, дата

Е.Ю. Любинская

Раздел 5.7

Старший лаборант

____________

подпись, дата

Н.С. Епихина

Раздел 5.3



СОДЕРЖАНИЕ

Реферат ………………………………………………………………………………….………….

6

5.1. Инжиниринговое обеспечение экспериментального оборудования для лабораторной установки изучения крови животных………………………………………...


10

5.1.1 Приборы для измерения динамического поверхностного натяжения крови животных…


10

5.1.2 Прибор для измерения биохимических показателей в крови животных………………….

18

5.1.3 Использование роторного испарителя для моделирования крови животных…………….

22

5.2. Разработка методов и получение МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами. Сравнительный анализ спектров поглощения и флуоресценции хемосенсорных материалов на основе таких МКС ………………...……..



25

5.2.1. Разработка модифицированной методики полива пленок………………………………..

25

5.2.2. Исследование взаимодействия соединения ОМС № 5 с перхлоратом пропандиаммония…………………………………………………………………………………...


27

5.2.3. Исследование образцов ХМ на взаимодействие ОМС №5 с алканандиаммоний диперхлоратами……………………………………………………………………………………..


29

5.3. Разработка модельных систем, имитирующих состав биологических жидкостей животных и сравнительная оценка данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей……………………………..………………………………………..



33

5.3.1 Модельные системы на основе бычьего сывороточного альбумина (БСА) и свиного (ССА) сывороточного альбумина.…………………………………………………………………


33

5.3.2 Модельные системы на основе свиного сывороточного альбумина (ССА) и натрия хлорида ……………………………………………………………………………………………...


37

5.3.3 Модельные системы на основе липидных везикул ………………………………………...

38

5.4. Изучение состава и свойств биологических жидкостей лошадей под воздействием внешних факторов…..……………………………………………………………………………


44

5.4.1. Становление показателей динамического поверхностного натяжения крови у лошадей в разные сроки постнатального онтогенеза……………………………………………………….


44

5.4.2. Становление показателей динамического поверхностного натяжения у лошадей в зависимости от пола………………………………………………………………………………...


45

5.4.3. Становление биохимических показателей поверхностного натяжения крови у лошадей в разные сроки постнатального онтогенеза в зависимости от возраста и пола……...


47

5.4.4. Корреляционные взаимодействия между отдельными биохимическими показателями и данными межфазной тензиометрии у лошадей в разные сроки постнатального онтогенеза и пола………………………………………………………………………………………………...



50

5.5. Проведение дополнительных патентных исследований по МКС и БКС …………….

57

5.5.1 Общие данные об объекте исследований…………………………………………………

57

5.6. Анализ и обобщение полученных на 5 этапе результатов НИР…...……………………………………………………………………………………………..


76

5.7. Анализ апробации результатов по МКС для определения биологически активных диаминов в учебном процессе…………………………………………………………………...

5.7.1. Внедрение результатов НИР в календарные планы дисциплин, преподаваемых на кафедре органической и биологической химии МГАВМиБ…………………………………

5.7.2. Программа внедрения результатов V этапа НИР в предстоящий с сентября 2011 г. образовательный процесс по направлению 020400 Биология (бакалавриат и магистратура) по Федеральным государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования 3-го поколения………………………………………………..

5.7.3. Список разработанных учебных программ, содержащих внедрение фрагментов V этапа НИР – по мембранно-коллоидным системам для определения биологически активных диаминов………………………………………………………………………………...

^ Список использованных источников

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1


77

77


82


85

87

5.8. Проведение экспериментальных исследований биохимических коллоидных систем с использованием лабораторных установок для формирования мономолекулярных пленок органических и биологических веществ, для исследования биологических мембран, клеток, синтетических и природных полимеров и другого специального оборудования ………………………………………….

90

Приложение 2……………………………………………………………………………………..

94







^ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ


АГ – антигены

АДА - алкандиамины

АТ - антитела

БКС – биохимические коллоидные системы

БМВ - большие моноламеллярные везикулы

БСА – бычий сывороточный альбумин

ДПН - динамическое поверхностное натяжения

ДПФХ - дипальмитоилфосфатидилхолин

ДХЭ – дихлорэтан

ИФА – иммуноферментный анализ

КРС – крупный рогатый скот

КЭ – краун-эфир

ЛС - лекарственные средства

МКС - мембранные коллоидные системы

ММВ - малые моноламеллярные везикулы

НКМ - нанокомпозитные материалы

ОМС - оптические молекулярные сенсоры

ПАВ - поверхностно-активные вещества

ПВБ - поливинилбутираль

ПВХ - поливинилхлорид

ПН - поверхностное натяжение

ПС - полистирол

ССА - свиной сывороточный альбумин

СОЭ – скорость оседания эритроцитов

УЗ - ультразвук

УФ-область – ультрафиолетовая область

ФАПЧ – фазовая автоподстройка частоты

ФКС – ферментные коллоидные системы

ХМ - хемосенсорные материалы

ЦАБ – целлюлозы ацетатбутират

ЦАГФ – целлюлозы ацетатгидрофталат

Ig A - иммуноглобулин А

Ig G – иммуноглобулин G

С 3 - С 3 - компонент комплимента

С 4 – С 4 - компонент комплимента

PT – временной протромбин

PTT – частичный временной протромбин





^ Реферат

Отчет 105 с., 8 ч., 13 рис., 25 табл., 2 приложения.


Ключевые слова: биохимические коллоидные системы, мембранные коллоидные системы, полимеры, иммобилизованные ОМС, супрамолекулярные ферментные комплексы, коллоидно-химические свойства, белки, динамическое поверхностное натяжение, модельные системы, сыворотка крови, спектральные методы.

^ Объекты исследования и разработки. Экспериментальное оборудование для изучения крови животных. МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами. Модельные системы, имитирующие состав биологических жидкостей животных и сравнительная оценка данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей. Состав и свойства биологических жидкостей лошадей под воздействием внешних факторов. Дополнительные патентные исследования по МКС и БКС. Использование результатов НИР в учебном процессе.


^ Цели работы по пятому этапу

  • Инжиниринговое обеспечение экспериментального оборудования для лабораторной установки изучения крови животных.

  • Разработка методов и получение МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами. Сравнительный анализ спектров поглощения и флуоресценции хемосенсорных материалов на основе таких МКС.

  • Разработка  модельных систем, имитирующих состав биологических жидкостей животных и сравнительная оценка данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей.

  • Изучение состава и свойств биологических жидкостей лошадей под воздействием внешних факторов.

  • Проведение дополнительных патентных исследований по МКС и БКС.

  • Анализ и обобщение полученных на 5 этапе результатов НИР

  • Анализ апробации результатов по мембранным коллоидным системам для определения биологически активных диаминов в учебном процессе.



^ Метод и методология проведения работы включали: Инжиниринговое обеспечение экспериментального оборудования для изучения крови животных, включающее приборы для измерения динамического поверхностного натяжения биологических жидкостей методом максимального давления в пузырьке, методом висящей капли и объёмно-капельным методом; биохимический анализатор для измерения биохимических показателей, а также использование роторного испарителя для моделирования крови животных; разработку методов и получение МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами и анализ спектров поглощения и флуоресценции хемосенсорных материалов на основе таких МКС; разработку  модельных систем, имитирующих состав биологических жидкостей животных и сравнение данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей; изучение состава и свойств биологических жидкостей лошадей под воздействием внешних факторов методами межфазной тензиометрии и биохимического анализа; проведение дополнительных патентных исследований по МКС и БКС; анализ и обобщение полученных на 5 этапе результатов НИР; разработка методик, создание образцов, методических рекомендаций и учебных программ для внедрения в учебный процесс ФГОУ ВПО МГАВМиБ.

В работе использованы следующие физико-химические методы исследования: измерение ДПН методом максимального давления в пузырьке; биохимический анализ; корреляционный анализ; измерение спектров поглощения; измерение спектров флуоресценции, измерение биохимических показателей крови.


^ Результаты работы

Показано, что изучение крови животных обеспечено экспериментальным оборудованием. Разработана модифицированная методика получения хемосенсорных материалов (ХМ) на основе полимерной матрицы и оптического молекулярного сенсора, позволяющая увеличить чувствительность ХМ. Установлена способность ХМ на основе ОМС №5 к оптической детекции ионов алкандиаммония как класса соединений, для чего оптимальной является комбинация данных о сдвигах в спектрах поглощения и флуоресценции. Показано, что наиболее перспективным для создания оптических ХМ на ионы алкандиаммония является композиция ОМС с ЦАГФ. При изучении модельных систем на основе бычьего (БСА) и свиного (ССА) сывороточного альбумина установлено, что с увеличением концентрации альбумина в растворе наблюдается достоверное снижение значений ДПН при всех временах «существования» поверхности (сильная отрицательная корреляционная связь), значения же коэффициентов наклона тензиограмм, напротив, достоверно увеличиваются (положительная корреляционная связь). Выявлено, что добавление к растворам БСА натрия хлорида практически не влияет на его поверхностное натяжение. В качестве моделей получены везикулы из дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ) и везикулы из ДПФХ и трилаурина; изучено ДПН таких систем. Определены значения z-потенциала для индивидуальных растворов везикул, все значения были отрицательными. Значение z-потенциала для везикул оказалось выше, чем у раствора белка. Показано, что различия в значениях ДПН с возрастом у кобыл и жеребцов связаны с отличием во времени физиологического созревания и начала интенсивного тренинга для достижения призовых результатов, угол наклона тензиограммы (λ0) может служить специфическим показателем, который изменяется в зависимости от пола животного. Изучено становление биохимических показателей поверхностного натяжения крови у лошадей в разные сроки постнатального онтогенеза в зависимости от возраста и пола. Установлено, что для жеребцов и кобыл корреляционные связи между ДПН и биохимическим составом крови отличаются по силе и типу. Проведены дополнительные патентные исследования по МКС и БКС. Проанализированы и обобщены полученные на пятом этапе результаты НИР.

Результаты по мембранным коллоидным системам для определения биологически активных диаминов спектральными методами внедрены в учебный процесс.


^ Рекомендации по внедрению результатов НИР

Разработка методик и создание биохимических коллоидных систем с использованием современных методических и инструментальных достижений позволит решить ряд актуальных фундаментальных проблем в области коллоидной химии и поверхностных явлений, а также прикладных задач биомедицины и экологии, нано- и биотехнологии, ветеринарии и зоотехнии. Биохимические коллоидные системы на основе мембран и тонких пленок позволят создать нанокомпозитные материалы для хемосенсорных устройств биологического контроля катионов биогенных металлов и малых органических молекул в воде и биологических жидкостях.

Все вышеизложенное является неотъемлемой частью научно-технического прогресса в развитии животноводства на современном этапе и будет реализовано в данной НИР на базе достижений коллоидной химии.

Выполнение НИР обеспечит достижение научных результатов мирового уровня в решении многих актуальных фундаментальных и прикладных проблем химии и биологии, медицины и экологии, нано- и биотехнологии, ветеринарии и зоотехнии; позволит завершить создание комплексной системы подготовки высококвалифицированных специалистов (от бакалавров и магистров до кандидатов и докторов наук), обладающих особыми компетенциями по профилю данной НИР, что приведет к формированию эффективного и жизнеспособного научного коллектива.


^ Область применения полученных результатов.

Результаты проекта включены в образовательную программу ФГОУ ВПО МГАВМиБ и использоваться в образовательном процессе на базе научного кадрового потенциала, лабораторного и испытательного оборудования научно-образовательного центра ФГОУ ВПО МГАВМиБ, в том числе в процессе проведения настоящих научно-технических работ.

Новые БКС, разработанные на основе полимеров разного типа, могут найти применение в медицине человека и животных, нано- и биотехнологии, экологии. Полученные на данном этапе результаты являются ключевыми для успешного выполнения всего проекта.

^ Прогнозные предположения о развитии объекта исследования.

В процессе проведения НИР должны быть разработаны технологические параметры БКС и методические рекомендации по их использованию для различных областей применения, в том числе: экспериментальные образцы; методики испытаний экспериментальных образцов; технологии получения биохимических коллоидных систем.

В ходе выполнения НИР будут получены результаты интеллектуальной деятельности (статьи, патенты и т.д.); учебно-методические комплексы, включающие учебно-методические пособия, указания и рекомендации; примерные и рабочие учебные программы, практикумы по дисциплинам «Биохимия мембран», «Физическая и коллоидная химия», «Кинетика и термодинамика ферментативных реакций», «Энзимология», «Биоэнергетика», «Бионанотехнология» и другие.


^ 5.1. Инжиниринговое обеспечение экспериментального оборудования для лабораторной установки изучения крови животных

5.1.1. Приборы для измерения динамического поверхностного натяжения крови животных

Метод максимального давления в пузырьке. На методе максимального давления в пузырьке основан принцип работы тензиометра ВРА-1Р (Maximum Bubble Pressure Tensiometer) (ФРГ, Sinterface Technologies) (рис.1), который был разработан одним из первых, но является до сих пор наиболее удобным для исследования биологических систем. Значительным преимуществом ВРА-1Р является маленький объём проб, высокая скорость выполнения анализа, полная автоматизация процесса измерений, компьютерная обработка полученной информации.







а б


Рисунок 1 - Тензиометр ВРА-1Р. а) Внешний вид прибора; б) принципиальная схема работы тензиометра ВРА-1Р.


Воздух от компрессора поступает в капилляр, который опущен в исследуемую жидкость. С помощью электрического преобразователя определяется избыточное давление в системе, которое используется для расчёта поверхностного натяжения (рис. 5). Давление, необходимое для отрыва пузырька воздуха от капиллярного кончика, опущенного на границу жидкость-воздух, прямо пропорционально поверхностному натяжению () на этой границе. Электрические сигналы от всех измерительных систем поступают в электронный блок, который посредством аналого-цифрового преобразователя соединён с персональным компьютером.

Чтобы преодолеть капиллярное поднятие смачивающейся жидкости в опущенный в неё капилляр, следует приложить избыточное давление газа, зависящее от поверхностного натяжения жидкости и радиуса кривизны её мениска. Максимальное давление, возникающее при образовании пузырька газа, в процессе выдувания зависит от радиуса капиллярной трубки. По мере роста объёма пузырька газа радиус кривизны уменьшается и приближается к радиусу капилляра. В момент, когда пузырёк примет форму полусферы радиус капилляра будет равен радиусу кривизны и давление достигнет максимальной величины. При дальнейшем росте пузырька радиус кривизны вновь увеличивается, что уменьшает давление внутри пузырька, в результате воздух из капилляра устремляется в пузырёк и пузырёк отрывается. Разделение интервала между пузырьками на так называемый мертвый период и «время жизни» поверхности основано на существовании критической точки зависимости давления от расхода воздуха. В этой точке происходит переход от пузырькового режима истечения газа из капилляра - к струйному.

Поверхностное натяжение исследуемой жидкости () рассчитывается по величине измеренного избыточного давления Р по формуле Лапласа:

(1),

где r - радиус капилляра, PН - гидростатическое давление в измерительной ячейке, Pd - динамическое давление, обусловленное вязко-инерционными эффектами. Для капилляров, используемых при исследовании биологических жидкостей, Pd0. «Время жизни» поверхности рассчитывается по формуле:

(2),

где tb- измеренный интервал между пузырьками, L- объемный расход воздуха. Значения L и P с индексом “c” относятся к критической точке на зависимости P от L.

При значениях LLc имеет место так называемый струйный режим течения газа в капилляре, тогда как при L Lc на кончике капилляра формируются отдельные пузырьки со временем жизни tf0. Следует отметить, что строгая гидродинамическая теория метода максимального давления в пузырьке (учет инерции, вязкости, нестационарности и т. д.) начала развиваться лишь сравнительно недавно, однако уже было продемонстрировано, что простые соотношения (1) и (2) хорошо выполняются в случае капилляров, используемых при исследовании биологических жидкостей. Сравнение данных ВРА-1Р с другими известными методами (осциллирующей струи, объема капли, динамического капиллярного и пр.) показало хорошее совпадение результатов.

В методе максимального давления поверхность пузырька ^ A в процессе его роста расширяется. Для учета этого явления используют вместо измеряемого (физического) времени (tf) так называемое эффективное «время жизни» (teff), которое соответствует недеформируемой поверхности жидкости. Такой прием позволяет сравнивать различные методы, поскольку результаты измерений в данном случае не зависят от способов измерений.




Рисунок 2 - Зависимость давления (Р) от объемного расхода (L) для образца сыворотки крови человека. Точка пересечения прямых - критическая точка (Рс, Lс).


Пересчет физического времени в эффективное осуществляется по формуле:

(3),

где коэффициент зависит от скорости относительной деформации поверхности ():

(4).


Значение коэффициента находится в пределах от 0 до 2/3 и зависит от величины динамического ПН. В процессе измерений тензиометром ВРА-1Р величина коэффициента рассчитывается автоматически.

Этот метод можно использовать так же для измерения динамических натяжений высоко вязких жидкостей (>150 мН/м2).





Рисунок 3 - Динамическая тензиограмма сыворотки крови человека в координатах физического времени.


^ Метод висящей капли. Метод висящей капли используется при измерении поверхностного натяжения на приборе РАТ-1 (Topfen-Blasen-Profiltensiometer) (ФРГ, Sinterface Technologies).



Рисунок 4 - Схема строения тензиометра РАТ-1.

1-макродозирующая система, 2-капля биологической жидкости, 3-источник света, 4-объектив и видеокамера, 5-аналогово-цифровой преобразователь, 6-компьютер, 7-микродозирующая система, 8-термостатируемая ячейка


Его преимуществами являются малый объём анализируемой жидкости, широкий диапазон измерений времени жизни капли (от 10 до 10000с и более). Прибор РАТ-1 (рис.4) состоит из микродозирующего устройства, включающего шприц для жидкостной хроматографии на 0,5 мл и микрометрического регулятора (1), микродозирующей системы (7), которая через процессор управляется компьютером (6), источника света (3), объектива и специальной видеокамеры (4), обеспечивающей неискажённое изображение капли, термостатируемой ячейки (8) с каплей исследуемой жидкости (2), формируемой на кончике стального или тефлонового капилляра (Рис.4).

От видеокамеры (4) сигнал поступает в видеопроцессор (5), где происходит его преобразование из аналогового в цифровой. Затем он передаётся на компьютер (6). Для определения геометрической границы капли используется метод локального порога яркости. Граница капли определяется по максимальному градиенту яркости, как функции от координаты строки изображения, а также используется полиномиальное сглаживание каждой группы из 5 последовательных точек на границе капли. Для калибровки видеоустановки используется эталонная оптическая сетка. Экспериментальная погрешность измерений поверхностного натяжения по методу висящей капли составляет около 0,1 мН/м.

Форма капли, висящей на кончике капилляра, при прочих равных условиях определяется ее размерами. Чем больше объем капли, тем в большей степени ее форма отличается от сферической. Уравнение Лапласа описывает механическое равновесие капли, как баланс действующих на каплю сил. Избыточное давление в капле жидкости, помещенной в другую жидкость или газ, определяется главными радиусами кривизны (R1 и R2) и поверхностным (межфазным) натяжением жидкости:

(5),

где σ – поверхностное натяжение, ΔP – разность давлений между фазами. В отсутствии других внешних сил, кроме гравитации, величина разности давлений может быть выражена как линейная функция высоты капли:

(6),

где ΔP0 – разность гидростатических давлений в плоскости z=0, z – вертикальная координата, Δρ – разность плотностей двух объемных фаз, g – гравитационное ускорение. Капиллярные силы стремятся сделать каплю более сферической, тогда как гравитационные, наоборот, стремятся вытянуть каплю вдоль вертикальной оси.

Таким образом, если известно поверхностное натяжение, то форма капли (главные радиусы кривизны R1 и R2) может быть определена по уравнению Лапласа (5). Определение поверхностного натяжения по форме капли также может быть осуществлено. Rottenberg с сотрудниками предложили метод, названный методом анализа формы осесимметричных капель (ADSA), в котором форма капли автоматически анализируется, оптимизируется и сравнивается с теоретическим лапласовским профилем.

^ Объемно-капельный метод. Измерение ДПН на приборе TVT-2 (фирма Lauda, Германия) (рис.5) происходит объёмно-капельным методом. Принцип измерения ДПН основан на зависимости объема капли, истекающей из полой иглы (капилляра) в воздух, от ее поверхностного натяжения или же во вторую, несмешивающуюся фазу (масло) - от межфазного натяжения жидкости.





Рисунок 5 – Внешний вид тензиометра TVT-2.


При измерении поверхностного натяжения в приборе с помощью специального капилляра формируются капли. Они увеличиваются до тех пор, пока их вес не станет больше силы сцепления с капилляром. Как только вес превысит силу сцепления, капля отрывается от капиллярного кончика и падает, в этот момент с помощью специального датчика происходит измерение её объема. Учитывая объём капли по формуле рассчитывается ДПН:

 = g pV/2rfHB (7).


При измерении межфазного натяжения формируются капли двух несмешивающихся жидкостей, с высокой плотностью, например, воды, в жидкости с небольшой плотностью, например, в масле. Как только вес капли, уменьшенный на подъемную силу, будет равен силе сцепления, капля отрывается от капилляра. Объем падающей капли измеряется, межфазное натяжение рассчитывается по формуле:


 = g (p1-p2)V/2rfHB (8).


Использование TVT-2 позволяет измерять ДПН во временном диапазоне от нескольких секунд до нескольких часов на межфазной поверхности или на границе раздела фаз с точностью до 0,1 мН/м. Объёмно-капельный метод позволяет проводить измерения ДПН очень летучих и/или токсичных веществ с подключением газонепроницаемой системы, исключает проблемы со смачиванием, как, например, в методе отрыва кольца, уравновешивания пластины или метода дуги. Конструкция прибора позволяет проводить измерения проб небольшого объема (до 5 мл), что особенно важно при работе с биологическими жидкостями, а также термостатировать пробы в широком температурном диапазоне (5-90 °C).

Тензиометр TVT-2 отличается простотой в обслуживании и высокой надежностью. Он состоит из пульта с измерительными приборами и блока управления. Основой электронного блока является микропроцессор, осуществляющий регулировку скорости образования капель, подсчета импульсов. Пульт с измерительными приборами содержит легко заменяемый шприц с поддерживаемым температурным режимом, световой затвор, датчик перемещений с высокой разрешающей способностью, а также механическое устройство высокого класса точности для формирования капель.

В полой игле с известным диаметром путем равномерного вдавливания поршня в приборе формируются капли пробы. Путь поршня шприца измеряется с точностью до микрон с помощью датчика перемещений с высоким разрешением, причем скорость точно регулируется и контролируется с помощью системы ФАПЧ. При достижении определенных, устанавливаемых силой сцепления размеров, капля отрывается и падает в приемную кювету. При этом капля улавливается световым затвором, и сообщение об этом посылается в микропроцессор. Последний считывает соответствующий путь поршня шприца и определяет время до предыдущей капли. Эти данные посредством RS-232 передаются с блока управления на персональный компьютер, где по пути, пройденном поршнем и площади поперечного сечения шприца вычисляется объем капли, а затем определяется поверхностное или межфазное натяжение с учетом разницы в плотности измеряемых жидкостей. Использование микропоцессора позволяет задавать и контролировать в автоматическом режиме размер и скорость образования капель.

На блоке управления прибора TVT-2 находятся световые диоды и пиктограммы, которые показывают фактическое состояние прибора. Клавиатура позволяет позиционировать поршень шприца и в режиме «offline». Связь с необходимым для работы персональным компьютером осуществляется в режиме «online» посредством интерфейса RS-232. Программное обеспечение предоставляет возможность проведения экспериментов с возможностью графического и табличного оформления результатов, а также рассчитывать в режиме online полученные данные по поверхностному межфазному натяжению, проводить измерения режима адсорбции ПАВ двумя методами: а) путем изменения времени каплеобразования; б) путем определения времени отрыва капли при заданном ее объеме, экстраполировать до статических величин полученные кривые зависимости поверхностного (межфазного) натяжения от времени, автоматически измерять зависимость ДПН от температуры.

Исключительная точность и воспроизводимость значений измерения TVT-2 обеспечивается благодаря наличию следующих функций:

- Определение объема каждой отдельной капли;

- Точность позиционирования в микронном диапазоне;

- Автоматическое регулирование скорости подачи в соответствии с фактическим объемом капли;

- Автоматическое регулирование интенсивности работы светового затвора в соответствии с используемыми жидкостями;

- Простое обслуживание различных сочетаний шприц/полая игла и размеров;

- Квазистатический режим для поверхностей с очень продолжительным сроком жизни.

Для точной работы в основу прибора положена прецизионная техника:

- Отшлифованные, точно замеренные шпиндели;

- Направленное устройство выдавливания, приводимое в действие от двигателя постоянного тока и управлением от системы ФАПЧ;

- Датчик перемещений с высоким разрешением для определения объема, работающий с точностью до микрон;

- Высококачественные газонепроницаемые шприцы с постоянным внутренним диаметром;

- Полые иглы из стали или стекла для каплеобразования;

- Одноразовые шприцы и полые иглы позволяющие значительно сокращать время проведения измерений за счёт процедуры очистки;

- Оптический детектирующий элемент с электронным управлением для капель;

- Герметически закрытая приемная кювета;

- Надежная конструкция, отсутствие проблем при работе с коррозирующими и токсичными пробами;

- Шприц и кювета с возможностью поддержания равномерной температуры до 60 °C или в качестве опции до 90 °C с помощью термостатов.


Таблица 1 –Технические данные TVT-2

Диапазон измерения

мН/м

0,1-100

Разрешение

- ход

мкм

± 0,1

- объем

мкл

± 0,01

- поверхностное натяжение/межфазное натяжение

мН/м

± 0,01

- время каплеобразования

с

± 0,1

Воспроизводимость отдельных капель чистых жидкостей (механические допуски):

- ход

мкм

< 2,5

- объем (в пересчете на объем шприца)

%о мкл

0,07

- поверхностное натяжение

мН/м

±0,08хобъем шприца [мл] 1

- межфазное натяжение

верхнее предельное значение следует умножить на р (разница плотностей)

- время каплеобразования для t <100 с 2

с

±0,1-0,5

Воспроизводимость средних значений по 5 каплям

- поверхностное натяжение (в зависимости от типа шприца и полой иглы)

мН/м

±0,01 -0,05

Абсолютная точность

около 0,5% последнего значения поверхностного натяжения

Время падения капли

с/мкл

0,04 (для 5 мл) 170 (при значении до 0,25 мл)

Постоянство скорости

<1%




Температурный диапазон

0С

5-60, 5-90 (с помощью специального термостатирующего блока)



^ 5.1.2. Прибор для измерения биохимических показателей в крови животных


Полуавтоматический биохимический анализатор CHEM-7 (ERBA DIAGNOSTICS MANNHEIM GmbH, Германия) ─ компактный полуавтоматический фотометр на базе 16 битного контроллера, обладает высоким разрешением и позволяет измерять различные биохимические показатели, электролиты, проводить иммунотурбидиметрические и коагулогические исследования, а так же осуществлять лекарственный мониторинг.


Рисунок 6 – Общий вид анализатора CHEM-7.


Возможными аналитами могут служить при фотометрических исследованиях ферменты, липиды, белки, углеводы, неорганические вещества, медицинские препараты), а также при турбидиметрии – IgG, IgA, C3, C4 и другие.

Тип системы анализатора – открытая с проточной кюветой. Источником света в Chem-7 является кварцевая галогеновая лампа, 12В, 20 Ватт. Фотометрический диапазон прибора составляет 0 ~ 2.5 о.е. (340~670 нм) при разрешении 0.0001. Анализатор Chem-7 оснащен тремя видами кювет:

  • проточная кювета18 мкл,

  • квадратные кюветы, длина оптического пути 10 мм,

  • круглые кюветы с адаптером, диаметр 6 мм для коагулогии и ИФА.

Прибор поддерживает температуру 25, 30 и 37C ±0.1C , также имеется возможность отключения контроля температуры. Объём измерения составляет 18мкл. Всасывание образца осуществляется посредством перистальтического насоса, диапазон значений от 200 мкл до 999 мкл. Для устранения проблемы переходящего остатка (влияния раствора, который был вымыт из проточной кюветы другим раствором на считываемую оптическую плотность раствора, забранным следом за ним) минимальный рекомендованный объем забора образца составляет 350 мкл.

Программирование, измерение и вывод результатов удобно организованы. Управление прибора осуществляется с встроенной клавиатуры (жёсткая водоупорная мембранная панель, имеющая 41 фиксированную и 6 динамических кнопок). Прибор может хранить в памяти 200 полностью «открытых» тестов, выбираемых с клавиатуры, их

параметры могут быть просмотрены, отредактированы и распечатаны. Предусмотрено запоминание величин оптических плотностей: реагента, образца, стандарта, фактора, нелинейной кривой.

Анализатор оснащён дисплеем с разрешением 320x240, видимая зона составляет 120x92 мм, имеется графическое отображения полученных результатов. Результаты пациентов за последние 1000 измерений хранятся в памяти и выводятся по:

- дате;

- идентификационному номеру пациента;

- и по обоим показателям одновременно.

На приборе возможно создания отчёта для индивидуального животного.

Сбор отходов осуществляется в закрытом контейнере.

Области применения прибора:

1) для качественного и количественного определения широкого спектра аналитов в биологических жидкостях;

2) для мониторинга изменений показателей окружающей среды.

^ Режимы работы анализатора Сhem-7.

Анализатор Сhem-7 позволяет проводить измерения различными способами, включая возможность вести коагулогические исследования.

1. Режим абсорбции. В этом режиме анализатор может измерять абсорбцию или оптическую плотность реакционной смеси. Оптическая плотность в диапазоне 0 - 2.5 о.е. может быть получена непосредственно на анализаторе, выбирая соответствующую длину волны.

2. Линейный режим по 1-й точке. Результаты непосредственно получают после того, как анализатор проходит калибровку, используя стандарт/калибратор известной концентрации. Анализатор показывает 2 параметра на экране: оптическую плотность и концентрацию. Значение концентрации выдается анализатором после перемножения значения абсорбции на фактор, который был предварительно получен во время калибровки. Можно также использовать фактор калибровки, полученный ранее. Этот способ используется для всех обычных тестов по конечной точке.

3. Линейный режим по 2-м точкам этот режим подходит для кинетических тестов с фиксированным интервалом. Результат получается умножением разности между начальным и конечным значением поглощения с фактором. Этот режим еще имеет название псевдо-кинетический анализ. Результаты непосредственно получают после того, как анализатор проходит калибровку, используя стандарт/калибратор известной концентрации. Можно также использовать фактор калибровки полученный ранее.

4. Режим линейной кинетики. Этот режим используют для большинства ферментативных тестов. Изменение спектральной плотности за установленное время наблюдается и регистрируется для вычисления результата любой кинетической реакции. Полученный результат сопровождается графическим представлением реакции.

5. Нелинейный режим по 1-й точке - этот режим используется для тестов, требующих многоуровневые стандарты для калибровки. Поглощение образца может быть не прямо пропорционально концентрации. в таких случаях анализатор может строить многостандартовую нелинейную кривую калибровки. эти кривые сохраняются в памяти анализатора и используются непосредственно для интерполяции результатов измерений.

6. Точечный линейный рeжим с бланком по образцу. В этом режиме концентрация (конечная точка) образца получается после бланкирования образца. Этот режим в основном используется для тех методов тестов, результаты которых важны в желтушных, липемических, гемолизных образцах. Здесь оптическую плотность поглощения образца получают после вычитания типового бланка.

7. Режим концентрации (нелинейный режим). Концентрацию получают из криволинейного графика, построенного анализатором, используя максимум шесть стандартов увеличения или уменьшения концентраций, включая бланк реактива. Этот режим полезен при гормональных тестах. Анализатор также обеспечивает % ошибки интерполяции, чтобы проверить правильность построенной кривой.

Режим концентрации бывает следующих видов:

а) одноточечный нелинейный режим;

б) двухточечный нелинейный режим;

в) нелинейный режим;

г) нелинейный режим с бланком по образцу.

8. Режим коагулогии используется для выполнения общих коагуляционных тестов как временной протромбин (РТ) или частичный временной тромбопластин (РТТ) и т.д. Заключительный результат выдается в секундах.

^ Контроль качества.

Контроль качества калибровки биохимического анализатора это периодический контроль работы системы, используя оба образца в нормальном и ненормальном диапазоне сравнения. Полученные данные сравниваются с предыдущими полученными данными. Для контроля качества доступны разнообразные материалы.

Анализатор может хранить данные двух уровней контролей 31 день, для всех 200 тестов. Искомое значение и диапазон (возможно изменение целевого значения) вводится в анализатор. Данные для каждого запуска (КК) графически отображаются на контрольной диаграмме Леви-Дженнингса для каждого теста для быстрого или раннего определения тенденций.

а) Дневной контроль качества - это диаграмма отклонения стандартов (Y-ось) напротив числа запускаемых контролей (X- ось). Данные для каждого запуска (КК) графически отображаются на контрольной диаграмме LEVY – JENNINGS для каждого теста быстрой или ранней идентификации тенденций. Это дает получение графика и вычисление результата для последних пяти контролей (C1/ C2), запущенных за день.

б) Ежемесячный контроль качества - это график отклонения стандартов (Y-ось) напротив числа дней в месяце (X-ось). Данные для каждого запуска (КК) графически отображаются на контрольной диаграмме LEVY–JENNINGS для каждого теста для быстрой или ранней идентификации тенденций. Это дает получение графика и результатов вычислений за последний 31 день при запуске контроля (C1/ C2).

^ 5.1.3. Использование роторного испарителя для моделирования крови животных

В середине 60-х годов английский ученый Алек Бэнгхем, выясняя роль фосфолипидов в свертывании крови, изучал структуру коллоидных дисперсий, образующихся при набухании фосфолипидов в избытке воды. На электронных микрофотографиях он увидел слоистые частицы, удивительно похожие на мембранные структуры клетки. Следующее исследование показало, что неорганические ионы, присутствующие в растворе в момент набухания фосфолипидов, включаются внутрь этих частиц и удерживаются там длительное время, обмениваясь с ионами наружного раствора с очень малой скоростью. Так впервые было установлено, что фосфолипиды, способны самопроизвольно образовывать в воде замкнутые мембранные оболочки. Эти оболочки захватывают в себя часть окружающего водного раствора, а образующая их фосфолипидная мембрана обладает свойствами полупроницаемого барьера, легко пропускающего воду, но препятствующего диффузии растворенных в ней веществ.

Очень скоро эти частицы, получившие название липосомы (от греч. липос — жир и сома — тельце или частица), стали излюбленным объектом исследования многих ученых, занимавшихся изучением самых разных свойств биологических систем.

Фосфолипиды относятся к группе амфифильных соединений, молекулы которых состоят из двух частей, радикальным образом различающихся по своему отношению к водному окружению. Такое строение придает фосфолипидным молекулам замечательное свойство самопроизвольно образовывать в воде мембраны, которые представляют собой двойной слой липидных молекул, обычно называемый липидным бислоем. Стремление максимально ограничить контакт неполярных цепей липида с водой приводит к тому, что бислой при его достаточной протяженности замыкается сам на себя, образуя полые оболочечные структуры, получившие название везикулы (от англ. vesicle — маленький пузырек). Для получения липосом традиционно используется роторный испаритель (рис.7).

Часто слова "липосомы" и "липидные везикулы" используют как синонимы. Однако исторически липосомами впервые были названы частицы, образующиеся при механическом диспергировании взвеси набухших фосфолипидов в воде. Эти частицы являются многослойными, и потому их называют мультиламеллярными везикулами (МЛВ). Они состоят из нескольких десятков или сотен липидных бислоев, разделенных водными промежутками, и имеют крупные размеры (до 50 мкм). Самые маленькие везикулы (около 20 нм) образованны одним липидным бислоем и называются малыми моноламеллярными везикулами (ММВ). Между этими двумя крайностями находится много разнообразных липосомных структур, различающихся размерами, формой, числом липидных бислоев и внутренним устройством. Внешне липосомы не всегда выглядят как глобулярные частицы. Иногда они принимают уплощенную дискообразную форму (так называемые дискомы) или имеют вид очень длинных и тонких трубок, которые называют тубулярными липосомами.

Многочисленные исследования, за последние 40 лет показали, что липосомы и подобные им структуры могут быть получены из большого числа самых разных органических веществ при условии, что их молекулы построены аналогично липидам биомембран. Такие синтетические везикулы, как и настоящие липосомы, сохраняют все свойства оболочечных структур, включая их морфологическое разнообразие, и во многих случаях могут прекрасно заменять липосомы, сделанные из природных материалов.

В соответствии с принципом амфифильности, то есть содержание группировок, обладающих сродством к воде, и областей имеющих гидрофобный характер, позволяет получать везикулы не только в воде, но и в неполярных органических растворителях.

Свойства липосом и их поведение определяются, прежде всего, наличием у них замкнутой мембранной оболочки. Несмотря на молекулярную толщину (около 4 нм), липидный бислой отличается исключительной механической прочностью и гибкостью. В жидкокристаллическом состоянии бислоя его компоненты обладают высокой молекулярной подвижностью, так что в целом мембрана ведет себя как достаточно жидкая, текучая фаза. Благодаря этому липосомы сохраняют целостность при различных повреждающих воздействиях, а их мембрана обладает способностью к самозалечиванию возникающих в ней структурных дефектов. Вместе с тем гибкость бислоя и его текучесть придают липосомам высокую пластичность. Так, липосомы меняют размеры и форму в ответ на изменение осмотической концентрации внешнего водного раствора. При сильном осмотическом стрессе целостность бислоя может нарушиться и липосомы могут раздробиться на частицы меньшего размера.

Для практического применения липосом и везикул исключительно важна их способностью включать в себя и удерживать вещества различной природы. Круг веществ, включаемых в липосомы, необычайно широк — от неорганических ионов и низкомолекулярных органических соединений до крупных белков и нуклеиновых кислот. Хотя липосомы достаточно прочны и стабильны в широком диапазоне условий, их можно легко разрушить до мицеллярного состояния с помощью поверхностно-активных веществ, относящихся к разряду детергентов. Этот процесс, называемый солюбилизацией, является обратимым, и липосомы вновь формируются, если детергент удалить из мицеллярного раствора с помощью роторного испарителя (рис.7).

Широкое применение липосом в научных исследованиях связано с моделированием клеточных мембран. С помощью липосом были установлены основные закономерности транспорта веществ через мембрану, показана важная роль фазовых переходов в функционировании мембран, определены молекулярные параметры липидного бислоя и его динамические характеристики, изучены процессы слияния мембран, в реконструированных системах были охарактеризованы индивидуальные мембранные белки и целые белковые ансамбли. В последнее время на липосомы и везикулы обратили внимание как на модельные системы для изучения свойств биологических жидкостей, поведения фосфолипидов в сыворотке крови.

В литературе есть данные об использовании в качестве систем, моделирующих





Рисунок 7 - Роторный испаритель IKA®RV 10 basic.

сыворотку крови везикул двух типов: 1) везикулы из дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ); 2) везикулы из ДПФХ и трилаурина.


    1. Разработка методов и получение МКС для определения биологически активных диаминов спектральными методами. Сравнительный анализ спектров поглощения и флуоресценции хемосенсорных материалов на основе таких МКС

^ 5.2.1. Разработка модифицированной методики полива пленок

Достоинством получения пленок методом полива [1] является его простота. Однако необходимым условием метода является растворимость полимера и краун-эфира (КЭ) в одинаковых растворителях, что не всегда осуществимо. С целью повышения чувствительности хемосенсорного материала (ХМ) и экономии КЭ была разработана модифицированная методика, суть которой состоит в следующем. При стандартном методе получения пленок из раствора (содержащего одновременно и полимер, и КЭ) показано, что КЭ распределяется в полимерной матрице равномерно по всей толщине. Поскольку среда пленки гидрофобна, то это создает препятствия для проникновения катиона растворенного в воде «аналита» вглубь пленки. В модифицированном методе изготавливают двухслойную пленку, первый слой которой получен из раствора полимера, а второй — из раствора КЭ, причем могут быть использованы разные растворители. В такой пленке концентрация КЭ в поверхностном слое возрастает, что должно приводить к повышению чувствительности ХМ и, соответственно, выражаться в спектральных данных.

Сущность модифицированного метода состоит в следующем. На стекло наносят раствор полимера с концентрацией 4%, смешанный с чистым растворителем, объем которого равен или превышает объем предполагаемого раствора КЭ. При этом важно отметить, что растворитель может быть идентичным растворителю раствора полимера, может быть близок ему по свойствам и растворению определенной группы полимеров (например, хлороформ и ДХЭ), а может быть представлен смесью растворителей, из которых один растворитель растворяет полимер, а другой - нет. Такой раствор наносят на стекло и накрывают чашкой Петри. В микропробирку вносят раствор КЭ, в который добавляют растворитель, объем которого может соответствовать предполагаемому раствору полимера (как в случае стандартной методики), и эту смесь наносят на уже распределенный на стекле раствор полимера. Отмечено, что внесение избыточного объема растворителя для создания насыщенного пара положительно влияет на характер формирования пленки. При этом растворитель в жидкой фазе можно нанести непосредственно на общее стекло, где пленка формируется, а можно внести в единый замкнутый объем (под чашку Петри), а нанесение КЭ осуществлять, как описано в модифицированной методике.

Экспериментально установлено, что, варьируя концентрации растворенных веществ (полимера и КЭ), можно добиться более эффективной регуляции кинетики удаления растворителя, особенно в сочетании с дополнительным внесением в объем избыточного пара растворителя, удобства распределения материала на подложке и получения качественной пленки.

Было предположено, что от метода изготовления пленки зависит и ее молекулярная структура. Это основано на том, что в одних случаях удается встроить КЭ на поверхность, а в других нет, при этом от метода получения зависит оптическая плотность пленок. Например, при слишком быстром испарении растворителя из формирующейся пленки она мутнеет. Было выяснено, что чем меньше концентрация полимера в растворе, из которого формируется пленка, тем лучше качество пленки (нет помутнения, возможна иммобилизация КЭ без смешивания с дополнительным раствором полимера и т.д.). Спектры поглощения ХМ, состоящего из ОМС №5, иммобилизованного в пленку ЦАГФ, полученного по стандартной и модифицированной методике, изображены на рис.8.




а



а

б



Рисунок 8 - Спектры поглощения КЭ №5 в пленках ЦАГФ до (кривая 1) и после (кривая 2) контакта с раствором «аналита», полученные по стандартной (а) и модифицированной (б) методике


Хемосенсорный материал подвергался воздействию «аналита» в виде гептаметиленаммоний бромида (АДА-7), растворенного в воде. Результаты эксперимента показывают, что материал, полученный по модифицированной методике, обладает большей чувствительностью. В этом случае (рис. 8б) на спектрах виден значительно больший сдвиг максимума длины волны поглощения, чем на спектре, полученном стандартным методом полива (рис. 8а).

Еще одно преимущество модифицированной методики перед стандартной состоит в получении более гладких и однородных пленок. Важно также, что появляется возможность встраивания любого КЭ в любую полимерную матрицу за счет варьирования растворителями на базе двух самостоятельных растворов при их нанесении на стекло, что снимает необходимость в проведении исследований на совместимость раствора полимера и раствора КЭ и является технологическим преимуществом.

На базе вышеописанной методики было предложена оптимальная схема, используемая в приготовлении сенсорных материалов на основе КЭ и различных полимеров.


^ 5.2.2 Исследование взаимодействия соединения ОМС № 5 с перхлоратом пропандиаммония.


Образцы хемосенсорных материалов, содержащие ОМС №5, были проверены на способность к детекции солей алкандиаммония в воде. Далее представлены результаты исследования возможности комплексообразования ОМС №5 в различных полимерах с диаминами на примере диперхлората пропандиаммония (АДА-3).

О наличии комплексообразования судили по изменению спектральных характеристик (сдвигу максимумов в спектрах поглощения или флуоресценции ∆λ и изменению интенсивностей этих спектров). Длина волны максимума поглощения ОМС №5 в пленке ЦАГФ составляет 400 нм, интенсивность 0,290. После выдерживания в растворе АДА-3 длина волны максимума поглощения ОМС №5 составила 403 нм, интенсивность – 0,260. Таким образом, длина волны максимума поглощения ОМС №5 в пленке ЦАГФ сместилась на 3 нм в длинноволновую область. Интенсивность поглощения ХМ на основе ЦАГФ с ОМС №5 уменьшилась (рис. 9).

Длина волны максимума флуоресценции ОМС №5 в пленке ЦАГФ составляет 502 нм, интенсивность 302. После выдерживания в растворе АДА-3 длина волны максимума флуоресценции ОМС №5 составила 513 нм, интенсивность – 262. Таким образом, максимум флуоресценции ОМС №5 в пленке ЦАГФ сместился на 11 нм в длинноволновую область. Интенсивность флуоресценции ХМ на основе ЦАГФ с ОМС

№5 уменьшилась (рис. 10).






Рисунок 9 – Спектр поглощения ОМС №5 в пленке ЦАГФ до (пунктирная линия) и после (сплошная линия) выдерживания в растворе АДА-3 с концентрацией 10-4 моль/л.









Рисунок 10 – Спектр флуоресценции ОМС №5 в пленке ЦАГФ до (пунктирная линия) и после (сплошная линия) выдерживания в растворе АДА-3 с концентрацией 10-4 моль/л.


Анализ спектров поглощения ХМ показал, что в зависимости от природы полимерной матрицы сдвиг максимума поглощения может наблюдаться как в длинноволновую (для ЦАБ, ЦАГФ, ПС), так и в коротковолновую область (для ПВБ и ПВХ).


Наибольшие изменения в спектрах поглощения до и после выдерживания пленки в растворе АДА-3 наблюдаются для ХМ на основе ЦАБ (max составляет 7 нм); для ХМ на основе других полимеров max не превышает 4 нм. Однако пленки на основе ЦАБ имеют существенный недостаток – при хранении они часто теряют оптическую прозрачность. Этого недостатка лишены пленки на основе ЦАФ, а их физико-механические свойства очень близки к свойствам пленок на основе ЦАБ. По этой причине дальнейшие исследования проводились с ХМ на основе ЦАФ.

Исследования показали, что величина сдвига максимума флуоресценции ХМ увеличивается при повышении концентрации АДА-3, что открывает перспективы для количественного определения диаминов.

Таким образом, установлена способность ХМ на основе ОМС №5 к оптической детекции ионов алкандиаммония как класса соединений, для чего оптимальной является комбинация данных о сдвигах в спектрах поглощения и флуоресценции.


      1. ^ Исследование образцов ХМ на взаимодействие ОМС №5 с алканандиаммоний диперхлоратами

Образцы хемосенсорных нанокомпозитных материалов, содержащие ОМС №5, были проверены на способность к детекции солей алкандиаммония в воде. Далее представлены результаты исследования возможности комплексообразования ОМС №5 в различных полимерах с диаминами. В качестве «аналитов» был использован гомологический ряд алкандиаминов (АДА) нормального строения с различной длиной цепи в виде их диперхлоратных солей: пропандиаммония (АДА-3), пентандиаммония (АДА-5), гептандиаммония (АДА-7) и нонандиаммония (АДА-9). Соли получали обработкой растворов алкандиаминов («Aldrich») в метаноле избытком концентрированной хлорной кислоты и количественно осаждали диэтиловым эфиром.

Для получения НКМ использовались следующие полимеры: целлюлозы ацетатгидрофталат (ЦАГФ), целлюлозы ацетатбутират (ЦАБ), поливинилбутираль (ПВБ), полистирол (ПС) и поливинилхлорид (ПВХ). Растворы полимеров и ОМС готовили в следующих растворителях: хлороформе, ацетонитриле, 1,2-дихлорэтане, тетрагидрофуране.

Спектры поглощения и флуоресценции НКМ измеряли на спектрофотометре «Hitachi 330» и спектрофлуориметре «Shimadzu RF 5000». В присутствии ОМС наблюдалось появление характерного выраженного пика с максимумом в видимой области. Затем пленки, содержащие ОМС, подвергали воздействию водных растворов диперхлоратов алкандиаммония (АДА-3, 5, 7, 9) с концентрациями от 10-6 до 10-3 М в течение 90 мин и снова записывали спектры поглощения и флуоресценции. Чувствительность полученных НКМ определяли по смещению максимумов поглощения и флуоресценции после воздействия водных растворов АДА.

В предварительных экспериментах (в ЦФ РАН) было показано, что в ацетонитрильном растворе ОМС имеет интенсивную полосу поглощения в видимой области спектра (max = 409.5 нм, max = 68000 М1 см1). При добавлении к раствору ОМС диаммонийных солей АДА-3 и АДА-5 эта полоса испытывает существенный гипсохромный сдвиг (max до 22.5 нм). Методом спектрофотометрического титрования было установлено, что ОМС способен образовывать комплексы стехиометрии 1(ОМС):1(АДА) и 1(ОМС):2(АДА), причем комплексы состава 1:1 характеризовались бóльшими значениями max. Определение значений констант устойчивости комплексов 1:1 и 1:2 между ОМС и ионами диаммония дало следующие величины: lgK1 = 5.92 и lgK2 = 2.02 для АДА-3, lgK1 = 5.56 и lgK2 = 2.07 для АДА-5. Эти данные свидетельствуют о дитопном комплексообразовании между диаммонийным ионом и двумя краун-эфирными фрагментами красителя в комплексах состава 1(ОМС):1(АДА), имеющих псевдоциклическое строение (рис.11).

Для получения хемосенсорных материалов на основе ОМС в качестве полимерных матриц для НКМ были выбраны 3 полимера, отвечающих необходимым требованиям по физико-механическим и оптическим свойствам – ЦАГФ, ЦАБ и ПВБ.

Полученные образцы хемосенсорных материалов были проверены на способность к детекции солей алкандиаммония в воде. В разделе приведены результаты детекции НКМ на основе ЦАГФ как наиболее перспективного образца.

Одной из основных целей работы было исследование влияние длины алкильной цепи в ионе диаммония на оптический отклик при его взаимодействии с ОМС, иммобилизованным в полимерной матрице.





Рисунок 11 – Схема комплексообразования ОМС № 5 с солями аландиаамония


Основные результаты исследования суммированы в таблице 2 .


Таблица 2 - Изменения в спектрах поглощения и флуоресценции НКМ на основе ЦАГФ до и после взаимодействия с водными растворами диперхлоратов алкандиаммония ([АДА] = 10-4 моль/л).

Диаммонийное соединение

Δλmax, нм

Поглощение

Флуоресценция

АДА-3

4

11

АДА-5

7

15

АДА-7

6

11

АДА-9

6

12


Как следует из таблицы 2, наибольшие сдвиги максимумов поглощения и флуоресценции на основе ЦАГФ наблюдаются при взаимодействии НКМ с АДА-5 (рис.12а). Это, по-видимому, отражает высокую степень комплексообразования ОМС в полимерной матрице за счет наиболее оптимального расстояния между краун-эфирными заместителями в псевдоциклическом комплексе, которое соответствует расстоянию между аммонийными группами в АДА с пентаметиленовой цепью.




Рисунок 12 - Спектры флуоресценции ОМС в пленке ЦАГФ до (кривая 1) и после (кривая 2) вымачивания в водном растворе АДА-5 (а) и АДА-9 (б) с концентрацией 10-4 моль/л.


Наши исследования также показали, что величина сдвига максимума флуоресценции ХМ увеличивается при повышении концентрации АДА, что открывает перспективы для количественного определения диаминов.

На основании этого, установлена способность ХМ на основе ОМС к оптической детекции ионов алкандиаммония как класса соединений, для чего оптимальной является комбинация данных о сдвигах в спектрах поглощения и флуоресценции.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. Разработана модифицированная методика изготовления полимерных пленок с иммобилизованным оптическим молекулярным сенсором, позполяющая улучшить чувствительность хемосенсорного материала.

2. Впервые получены и исследованы хемосенсорные материалы на основе ряда полимеров (ПВБ, ЦАБ, ЦАГФ, ПС, ПВХ), содержащие новый оптический молекулярный сенсор – краунсодержащий бисстириловый краситель.

3. Показано, что наиболее перспективным для создания оптических ХМ на ионы алкандиаммония является композиция ОМС с ЦАГФ.



    1. Разработка модельных систем, имитирующих состав биологических жидкостей животных и сравнительная оценка данных ДПН для модельных систем и биологических жидкостей

^ 5.3.1 Модельные системы на основе бычьего (БСА) и свиного (ССА) сывороточного альбумина.

Одним из основных поверхностно-активных компонентов сыворотки крови является альбумин, у крупного рогатого скота он составляет 38-50% от общего белка (18-46 г/л).

Поэтому, для лучшего понимания его влияния на ДПН сыворотки крови животных были приготовлены и исследованы модельные системы на основе растворов БСА в концентрации 1 г/л и 25-95 г/л.

Выборочные тензиограммы водных растворов БСА представлены на рисунке 13.


Рисунок 13 - Выборочные тензиограммы водных растворов БСА.

Рисунок 13 показывает, что при увеличении концентрации БСА в растворе отмечается плавное снижение ПН при увеличении времени существования поверхности.

Для более подробной характеристики полученных данных для каждой пробы растворов с различной концентрацией БСА (и ССА) с помощью компьютерной программы ADSA были определены параметры ДПН (таблицы 3, 4).


Таблица 3 - Параметры ДПН водных растворов БСА (M±m; n=10).

Параметры

ДПН


σ0,

мН/м

σ1,

мН/м

σ2,

мН/м

σ3,

мН/м

λ0,

мН∙м-1с-1/2

λ1,

мН∙м-1с1/2

1 г/л

73,24

±0,09

73,48

±0,08

72,13

±0,07

71,23

±0,15

1,53

±0,04

1,00

±0,20**

25 г/л

73,34

0,13

73,47

0,11

70,12

0,06

64,70

0,13

3,26

0,12

5,90

0,20

35 г/л

73,11

0,04

73,01

0,04

68,74

0,07

63,23

0,13

4,65

0,08

5,88

0,16

45 г/л

73,17

0,06

73,21

0,10

68,24

0,04

62,55

0,07

5,39

0,03

6,08

0,12

55 г/л

73,09

0,15

73,11

0,09

67,96

0,11

62,10

0,07

5,70

0,11

6,25

0,08

65 г/л

72,70

0,20

72,80

0,20

67,70

0,12

61,23

0,10

5,36

0,08

6,99

0,07

75 г/л

72,19

0,10

72,72

0,09

67,32

0,10

60,42

0,07

5,30

0,20

7,53

0,19

85 г/л

71,58

0,16

72,98

0,18

66,61

0,11

59,69

0,10

5,30

0,20

7,44

0,10

95 г/л

71,10

0,30

72,20

0,50

66,50

0,17

59,51

0,12

4,60

0,20

7,50

0,12

n=7 Для всех значений в таблице р≤0,001 кроме ** р≤0,01

Из рисунка 13 и таблицы 3 видно, что максимальные значения поверхностного натяжения для растворов всех концентраций фиксируются при малом времени существования поверхности (σ1), а минимальные – при большом времени существования поверхности (σ3).

Таблица 3 демонстрирует, что с увеличением времени существования поверхности от 0,02 с до ∞ при концентрации БСА в растворе 1 г/л поверхностное натяжение снижается на 3 %, при концентрации 25 г/л – на 12 %, при 35 г/л – на 14 %, при 45 г/л – на 15 %, при 55 г/л - на 15 %, при 65 г/л – на 16 %, при 75 % - на 17 %, при 85 г/л – на 18 %, при 95 г/л – на 18 %.

При увеличении концентрации БСА в растворе происходит понижение поверхностного натяжения при средних и больших временах (σ2 и σ3). При увеличении концентрации от 1 г/л до 95 г/л σ2 уменьшается на 7,8 %, а σ3 – на 16,5 %.

При увеличении концентрации БСА в растворе от 1 до 55 г/л значения угла наклона λ0 возрастает в 4 раза, при концентрации 65 г/л уменьшается на 6 %, при концентрациях раствора 65-85 г/л изменяется в пределах ошибки измерений. При увеличении концентрации БСА до 95 % снижается на 13%.

Углы наклона конечного участка кривой λ1 при увеличении концентрации БСА в растворе от 1 до 25 г/л возрастают в 6 раз. При концентрации 25 –35 г/л значения угла наклона λ1 изменяются в пределах ошибки. При увеличении концентрации от 35 до 75 г/л λ1 увеличивается на 28 %. При концентрации БСА в растворе 75 –95 г/л угол наклона конечного участка кривой изменяется в пределах ошибки.

Таблица 4 - Параметры ДПН водных растворов CСА (M±m; n=10)

параметры
ДПН

CСА, г/л

σ0, мН/м

σ1, мН/м

σ2, мН/м

σ3, мН/м

λ0,
мН·м-1с-1/2

λ1,
мН·м-1с1/2

1

73,42±0,07

73,67±0,07

72,13±0,03

70,92±0,08

1,79±0,05

1,86±0,10

25

73,30±0,02

73,38±0,04

70,63±0,03

65,02±0,06

4,42±0,09

5,35±0,07

35

73,18±0,03

73,17±0,12

68,54±0,08

63,28±0,08

5,09±0,12

5,93±0,08

45

73,16±0,04

73,23±0,03

67,95±0,05

62,70±0,03

5,26±0,03

6,48±0,04

55

73,27±0,03

73,32±0,04

67,60±0,05

62,42±0,09

5,55±0,09

6,55±0,05

65

73,18±0,03

73,15±0,04

67,65±0,02

61,77±0,05

5,73±0,14

6,72±0,10

75

73,18±0,02

73,19±0,08

67,58±0,08

62,56±0,08

5,70±0,12

6,32±0,09

85

73,02±0,04

73,12±0,02

67,57±0,04

61,94±0,03

6,16±0,09

6,96±0,02

95

72,85±0,02

72,83±0,02

67,38±0,06

61,43±0,07

6,18±0,03

7,15±0,10

Для всех значений в таблице p<0,01

Исследования ДПН водных растворов альбуминов всех концентраций показали, что в области малых времен «существования» поверхности (σ0 и σ1) значения ПН колеблются в пределах 71,32-73,67 мН/м, т.е. близки к ПН воды. С увеличением времени «жизни» поверхности наблюдается достоверное в среднем на 13,76% снижение значений ДПН (от 72,99 мН/м до 62,95 мН/м).

Увеличение концентрации альбуминов (БСА и ССА) в растворе с 1 г/л до 25 г/л приводит к понижению ДПН, которое с вероятностью 99,9% достоверно для σ2 (на 2,8% и 2,2%) и σ3 (на 9,2% и 8,3%), и к достоверному повышению значений коэффициентов наклона тензиограммы (λ0 - в 2,2 и 2,5 раза, λ1 - в 3,2 и 2,9 раза). Увеличение концентрации БСА и ССА в растворе до значений, соответствующих норме содержания альбумина в сыворотке крови животных, приводят к следующим изменениям параметров ДПН: при концентрации 35 г/л и 45 г/л значения σ1, σ2 и σ3 оказываются достоверно ниже (в среднем на 0,4%, 2,9% и 2,7% соответственно) и λ0 - достоверно выше (на 24,3%) по сравнению с растворами альбуминов, концентрацией 25 г/л.

Интересно отметить, что с увеличением концентрации альбумина в растворе - значения ПН при малых временах «существования» поверхности (σ0 и σ1) изменяются весьма незначительно, причем, значения σ1 оказываются выше или равны σ0, а при переходе концентрации БСА от 35 г/л к 45 г/л и ССА от 45 г/л к 55 г/л значения этих параметров возрастают. Это может быть объяснено влиянием некомпенсированного электрического заряда адсорбированных молекул альбумина при низких степенях заполнения поверхности, когда понижение ПН вследствие адсорбции пренебрежительно мало.

Увеличение концентрации альбуминов (ССА и БСА) от 45 г/л до 95 г/л приводит к плавному снижению ДПН при всех временах «существования» поверхности: для σ0 (в среднем на %), для σ1 (в среднем на %), для σ2 (в среднем на 2,5%) и σ3 (в среднем на 4,4%), и к достоверному увеличению значений параметра λ1, пропорционального отношению квадрата гиббсовской адсорбции к концентрации ПАВ (в среднем - на 20,0%). Из общей закономерности выпадают значения: σ2 для раствора БСА, концентрацией 65 г/л (67,160,09 мН/м) и σ3 для растворов ССА, концентрацией 75 г/л (62,56±0,08 мН/м) и 85 г/л (61,94±0,03 мН/м), которые оказываются выше значений σ23) предшествующей концентрации; а также значения λ1 для растворов БСА, концентрацией 85…95 г/л и растворов ССА, концентрацией 75 г/л, которые оказываются ниже значений λ1 предшествующей концентрации. Интересно отметить, что значения ДПН растворов БСА для концентрации 95 г/л оказываются в среднем на 1 мН/м ниже, чем для растворов ССА этой же концентрации.

Довольно слабое изменение параметров ДПН при больших концентрациях альбумина - 25…95 г/л (для БСА: σ2- 67,860,45 мН/м, σ3 - 61,620,69 мН/м; для ССА: σ2- 68,120,42 мН/м, σ3 - 62,640,42 мН/м) может быть объяснено процессами ассоциации альбумина в объеме раствора, вследствие чего на поверхности способны адсорбироваться только неассоциированные молекулы, концентрация которых в растворе примерно постоянна. По данным ряда авторов [2;3;4] только при концентрации глобулярных белков менее 1-10 г/л (зависит от рН и добавок электролитов) последние присутствуют в растворе в виде отдельных молекул.

В целом, с увеличением концентрации альбумина в растворе наблюдается достоверное снижение значений ДПН при всех временах «существования» поверхности (сильная отрицательная корреляционная связь), значения же коэффициентов наклона тензиограмм, напротив, достоверно увеличиваются (положительная корреляционная связь).


^ 5.3.2. Модельные системы на основе бычьего сывороточного альбумина (БСА) и натрия хлорида

Хлориду натрия принадлежит главное место среди электролитов, 0,9% раствор NaCl является изотоническим; по разным источникам в сыворотке крови животных содержание натрия составляет 126,3…162,8 ммоль/л, а хлорид-ионов 84,0…116,0 ммоль/л. С другой стороны, хлорид натрия является ПИВ, повышающим ПН дистиллированной воды, а по отношению к растворам, содержащим органические ПАВ, к каким и относится сыворотка крови, хлорид натрия может оказывать двоякое действие в зависимости от времени «жизни» поверхности раздела фаз [5,6, 7].

Были приготовлены и исследованы модельные системы на основе БСА и натрия хлорида. Результаты представлены в таблице 5.

Из таблицы 5 видно, что при добавлении к водному раствору БСА натрия хлорида происходит незначительное понижение поверхностного натяжения при средних (σ2) и больших (σ3) временах существования поверхности.

При добавлении к раствору БСА с концентрацией 45 г/л NaCl в концентрации 135мМ σ2 снижается на 1,8%, а σ3 - на 3,1 %. При добавлении NaCl в концентрации 155 мМ σ2 снижается на 3,6 %, а σ3 – на 4,8 %. При добавлении 165 мМ σ2 снижается на 2,7 %, а σ3 – на 3 %.

При добавлении к раствору БСА с концентрацией 65 г/л NaCl в концентрации 135 мМ σ2 снижается на 3,3 %, а σ3 – на 2,7 %. При добавлении NaCl в концентрации 155 мМ σ2 снижается на 3,8 %, а σ3 – на 4,2 %. При добавлении NaCl в концентрации 165 мМ σ2 и σ3 снижаются на 3,6 %.


Таблица 5 – Параметры ДПН водных растворов БСА с NaCl в разных концентрациях. (M±m; n=10)

Параметры ДПН

Концентрация раствора

σ0,

мН/м

σ1,

мН/м

σ2,

мН/м

σ3,

мН/м

λ0,

мН∙м-1с-1/2

λ1,

мН∙м-1с1/2

45 г/л#

73,17

±0,06

73,21

±0,10

68,24

±0,04

62,55

±0,07

5,39

±0,03

6,08

±0,12

135 мМ NaCl

73,32

±0,05

73,54

±0,05

72,563

±0,013

72,37

±0,05

1,09

±0,06

0,24

±0,06**

45 г/л

+135мМ NaCl

73,67

±0,22

73,51

±0,18

67,01

±0,12

60,59

±0,16

7,28

±0,31

6,75

±0,17

155 мМ NaCl

72,28

±0,08

72,33

±0,24

72,09

±0,07

71,85

±0,08

0,28

±0,08*

0,25

±0,04

45 г/л

+155мМ NaCl

73,23

±0,23

72,72

±0,20

65,84

±0,27

59,56

±0,14

8,24

±0,16

6,73

±0,21

165 мМ NaCl

73,08

±0,08

73,30

±0,08

72,24

±0,12

72,18

±0,11

1,20

±0,03

0,12

±0,02

45г/л

+165мМ NaCl

72,77

±0,10

72,62

±0,07

66,41

±0,07

60,69

±0,07

7,06

±0,07

6,04

±0,13

65 г/л#

72,70

±0,21

72,83

±0,21

67,70

±0,12

61,23

±0,10

5,36

±0,08

6,99

±0,13

135 мМ/л NaCl

73,32

±0,05

73,54

±0,05

72,56

±0,01

72,37

±0,05

1,09

±0,06

0,24

±0,06**

65 г/л

+135 мМ NaCl

72,54

±0,04

72,36

±0,03

65,45

±0,04

59,60

±0,08

8,10

±0,10

6,29

±0,05

155 мМ NaCl

72,28

±0,08

72,33

±0,24

72,09

±0,07

71,85

±0,08

0,28

±0,08*

0,25

±0,04

65 г/л

+155 мМ NaCl

72,91

±0,21

72,51

±0,09

65,08

±0,38

58,66

±0,14

9,04

±0,32

6,84

±0,56

165 мМ NaCl

73,08

±0,08

73,30

±0,08

72,24

±0,12

72,18

±0,11

1,20

±0,03

0,12

±0,02

65 г/л

+165 мМ NaCl

72,50

±0,25

72,22

±0,15

65,29

±0,11

59,03

±0,14

8,24

±0,22

6,77

±0,12

#45 и 65 г/л – концентрации растворов БСА

Для всех значений в таблице р≤0,001 кроме * р≤0,05 ** р≤0,01

Можно сделать вывод, что добавление к растворам БСА натрия хлорида практически не влияет на его поверхностное натяжение.


^ 5.3.3 Модельные системы на основе липидных везикул

Исследованы два типа везикул: 1) везикулы (I) из дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ); 2) везикулы из ДПФХ и трилаурина (II). Для везикул I было изучено ДПН индивидуальных растворов в концентрациях от 5×10-9 до 1,4×10-3 моль/л, водного раствора белка в концентрации 10-6 моль/л и их смесей; для везикул II типа ДПН индивидуальных растворов в концентрациях от 5×10-10 до 5×10-4 моль/л, раствора белка в воде и в 0,9% растворе хлорида натрия в концентрации 10-6 моль/л и их смеси [8, 9].

Полученные данные для водного и солевого растворов белка представлены в таблице 6. Водный раствор БСА вызывает понижение ДПН воды, начиная с области коротких времен, но наиболее заметным оно становится в области 100 секунд (σ3=63,9±0,2 мН/м). При коротких временах существования поверхности 0,01-100 с ДПН раствора белка близко к ДПН воды от 73,9±0,2 до 71,91±0,09 мН/м. При длинных временах существования поверхности происходит адсорбция белка на поверхности [8, 9] и наблюдается значительное снижение ДПН до 55,5±0,2 мН/м, угол наклона тензиограммы λ2=63,2±0,2 мНм-1 с1/2.

Солевой раствор белка имеет более низкое ДПН, чем водный, на всем протяжении измерения. Особенно значительное снижение ДПН наблюдается при длинном времени существования поверхности σ4=53,40±0,16 мН/м, угол наклона тензиограммы λ2=50,52±0,12 мНм-1 с1/2. Это связано с проявлением так называемого высаливающего действия в отношении неионных ПАВ (белка) и известного эффекта повышения адсорбционной активности ионных ПАВ (раствора соли) [10, 11].


Таблица 6 - Динамическое поверхностное натяжение растворов белка

БСА,

моль/л

σ0

мН/м

σ1

мН/м

σ2

мН/м

σ3

мН/м

σ4

мН/м

λ0

λ1

λ2

мНм-1 с1/2

10-6 В воде

73,9±

0,2

72,68±

0,15

71,91±

0,09

69,9±

0,2

55,4±

0,2

2,91±

0,12

0,62±

0,15

63,2±

0,2

10-6 В соли

73,02±

0,13

72,19±

0,06

71,40±

0,12

69,59±

0,19

53,40±

0,16

1,83±

0,13

1,8±

0,2

50,52±

0,12

10-5 в соли

73,3±

0,3

72,5±

0,2

70,44±

0,12

60,5±

0,2

53,69±

0,09

3,1±

0,2

13,1±

0,2

26,6±

0,2

10-7 в соли

73,21±

0,16

73,15±

0,14

73,1±

0,3

66,93±0,12

55,34±

0,12

0,15±

0,12

11,7±

0,2

97,32±

0,13

0,9% NaCl

72,56±

0,08

72,64±

0,13

72,87±

0,15

72,71±0,08

72,25±

0,12

0,4±

0,2

0,36±

0,13

0,75±

0,12


Для смеси везикул I с водой при концентрациях от 5×10-9 до 5×10-5 моль/л ДПН имеет значения 71-71,3 мН/м близкие к ДПН воды как при коротком времени существования поверхности 0,01-100 секунд, так и при длинном до 6000с.

При более высоких концентрациях везикул I от 7×10-4 до 1,4×10-3 моль/л в их смеси с водой при коротких временах ДПН остается близким к ДПН воды, а при длинных временах ДПН значительно снижается до 47,7±0,2 и 48,76±0,17 мН/м соответственно.

Для везикул II в концентрациях от 5×10-10 до 5×10-5 моль/л ДПН растворов при всех временах близко к ДПН воды и отличается для разных концентраций в пределах ошибки измерения. При концентрации везикул второго типа 5×10-4 моль/л наблюдается резкое и значительное снижение ДПН до 49,44 мН/м (λ2=319,3мНм-1с1/2), которое начинается ещё в области коротких времен σ3=71,11мН/м.


Таблица 7 - Динамическое поверхностное натяжение смеси везикул II c водой

Концентрация

везикул II, моль/л

σ 0

мН/м

σ 1

мН/м

σ 2

мН/м

σ 3

мН/м

σ 4

мН/м

λ0

λ1

λ2

мНм-1с1/2

5×10-10

71,70±

0,12

71,69±

0,13

71,66±

0,12

71,57±

0,14

70,66±

0,12

0,1±

0,2

0,22±

0,02

2,61±

0,03

5×10-9

71,78±

0,13

71,70±

0,15

71,64±

0,14

71,54±

0,16

69,97±

0,13

0,2±

0,2

0,12±

0,06

3,43±

0,09

5×10-8

71,69±

0,2

71,65±

0,13

71,61±

0,18

71,50±

0,16

69,41±

0,17

0,1±

0,2

0,12±

0,06

2,52±

0,12

5×10-7

71,61±

0,16

71,59±

0,12

71,54±

0,14

71,42±

0,16

68,98±

0,14

0,1±

0,3

0,11±

0,08

2,95±

0,07

5×10-6

71,22±

0,14

71,21±

0,12

71,20±

0,13

71,05±

0,17

68,44±

0,18

0,2±

0,2

0,23±

0,07

3,24±

0,13

5×10-5

71,85±

0,15

71,85±

0,17

71,84±

0,13

71,72±

0,14

68,32±

0,18

0,1±

0,12

0,12±

0,05

3,40±

0,04

5×10-4

71,92±

0,15

71,76±

0,12

71,28±

0,16

71,11±

0,15

49,44±

0,14

0,6±

0,2

1,60±

0,06

319,3±

0,5


При исследовании смеси везикул I с водным раствором белка были получены данные, представленные в таблице 8.

При коротких временах существования поверхности, которые характеризуются значениями σ0 …σ3, ДПН смеси близко к ДПН воды, только при концентрациях везикул первого типа 5×10-7 и 5×10-6 наблюдается уменьшение значений ДПН до σ3=65,92±0,15 и 64,06±0,16 мН/м соответственно.


Таблица 8 - Динамическое поверхностное натяжение смеси везикул из ДПФХ и водного раствора БСА (концентрация БСА 10-6 моль/л).

Концентрация

везикул I, моль/л

σ 0

мН/м

σ 1

мН/м

σ 2

мН/м

σ 3

мН/м

σ 4

мН/м

λ0

λ1

λ2

мНм-1с1/2

5×10-9

73,49±

0,12

73,45±

0,13

71,42±

0,12

71,19±

0,14

69,56±

0,12

4,9±

0,2

0,36±

0,02

0,32±

0,03

6×10-9

72,46±

0,13

72,45±

0,15

71,29±

0,14

71,04±

0,16

69,37±

0,13

2,9±

0,2

0,34±

0,06

0,40±

0,09

7×10-9

72,9±

0,2

72,25±

0,13

71,34±

0,18

71,06±

0,16

70,17±

0,17

4,5±

0,2

0,31±

0,06

0,38±

0,12

8×10-9

72,96±

0,16

72,13±

0,12

71,32±

0,14

71,09±

0,16

70,24±

0,14

3,9±

0,3

0,30±

0,08

0,42±

0,07

9×10-9

72,98±

0,14

72,06±

0,12

71,31±

0,13

71,01±

0,17

70,22±

0,18

4,7±

0,2

0,41±

0,07

0,35±

0,13

10-8

72,85±

0,15

72,03±

0,17

71,35±

0,13

71,15±

0,14

70,16±

0,18

3,17±

0,12

0,21±

0,05

0,23±

0,04

2×10-8

73,04±

0,15

72,3±

0,12

71,42±

0,16

71,09±

0,15

68,93±

0,14

3,7±

0,2

0,37±

0,06

13,9±

0,5

3×10-8

73,34±

0,15

72,98±

0,16

71,45±

0,12

71,07±

0,12

64,10±

0,14

4,5±

0,2

0,47±

0,03

25,6±

0,7

4×10-8

73,63±

0,18

73,4±

0,2

71,4±

0,2

71,09±

0,18

55,65±

0,15

5,34±

0,12

0,45±

0,06

45,8±

0,6

5×10-8

73,02±

0,12

72,43±

0,16

71,31±

0,18

71,0±

0,2

55,34±

0,12

4,1±

0,2

0,36±

0,04

77,6±

0,5

5×10-7

74,9±

0,2

73,12±

0,17

72,32±

0,16

65,92±

0,15

55,99±

0,16

4,5±

0,2

10,6±

0,3

76,2±

0,3

5×10-6

74,3±

0,2

73,18±

0,18

72,13±

0,14

64,06±

0,16

55,58±

0,18

3,3±

0,3

13,2±

0,4

11,6±

0,5

5×10-5

73,21±

0,12

72,93±

0,12

72,09±

0,16

70,97±

0,18

54,24±

0,17

1,9±

0,2

0,6±

0,06

30,2±

0,4

7×10-5

71,61±

0,13

71,58±

0,15

71,59±

0,18

68,21±

0,16

53,63±

0,19

0,18±

0,06

5,8±

0,2

48,3±

0,4


При больших временах существования поверхности (σ4) наблюдается существенное снижение ДПН смесей до 68,93±0,14 мН/м (при концентрации 2×10-8 моль/л). При концентрациях 5×10-5- 7×10-5 моль/л ДПН смеси ниже ДПН индивидуального раствора белка на 1-2 мН/м.

Для везикул второго типа были получены данные, представленные в таблице 9.


Таблица 9 - Динамическое поверхностное натяжение смеси везикул из ДПФХ и трилаурина и водного раствора БСА (концентрация БСА 10-6 моль/л).

Концентрация везикул по ДПФХ(трилаурин ¼ от ДПФХ),

моль/л


σ0

мН/м

σ1

мН/м

σ2

мН/м

σ3

мН/м

σ4

мН/м

λ0

λ1

λ2


мНм-1 с1/2

510-10

72,06±

0,16

71,96±

0,15

71,94±

0,18

68,29±

0,17

69,60±

0,14

0,24±

0,05

5,9±

0,2

2,37±

0,12

510-9

71,85±

0,15

71,84±

0,14

71,81±

0,17

68,21±

0,16

70,05±

0,18

0,18±

0,06

5,8±

0,2

3,2±

0,2

510-8

71,87±

0,18

71,90±

0,17

71,93±

0,16

68,87±

0,14

69,49±

0,15

0,19±

0,08

5,5±

0,2

2,4±

0,3

510-7

71,70±

0,17

71,82±

0,15

71,89±

0,14

69,44±

0,13

69,30±

0,12

0,36±

0,13

3,7±

0,2

3,6±

0,2

510-6

71,88±

0,12

71,89±

0,16

71,92±

0,15

68,16±

0,14

70,21±

0,15

0,16±

0,05

6,3±

0,3

2,6±

0,2

510-5

71,86±

0,12

71,84±

0,13

71,82±

0,14

68,20±

0,15

69,88±

0,14

0,18±

0,04

5,6±

0,2

3,9±

0,2

510-4

72,36±

0,14

71,62±

0,15

68,51±

0,13

62,04±

0,17

53,17±

0,16

3,5±

0,3

8,1±

0,2

26,7±

0,4


У смеси везикул второго типа с водным раствором белка наблюдается снижение ДПН только для концентрации 5×10-4 моль/л до 62,04±0,17 мН/м в области коротких времен и до 53,17±0,16 мН/м в области длинных. По сравнению с ДПН индивидуального раствора везикул этой же концентрации в смеси снижение ДПН начинается при более коротких временах (около 0,1с), но в области больших времен ДПН смеси выше. Для остальных концентраций ДПН смеси близко к ДПН воды и отличается от ДПН индивидуальных растворов везикул соответствующих концентраций в пределах ошибки измерения.

Существенное снижение ДПН наблюдается в смеси везикул второго типа с солевым раствором белка (таблица 10).

В смеси с солевым раствором белка для всех концентраций везикул второго типа ДПН при больших временах находится в области от 52,63±0,12 до 54,49±0,15 мН/м, что значительно ниже всех ранее представленных значений. Для концентраций от 5×10-10- 5×10-5 моль/л значение ДПН соответствует ДПН солевого раствора белка. Для концентрации 5×10-4 моль/л ДПН при длинных временах существования поверхности ниже, чем у солевого раствора белка и равно 52,63±0,12 мН/м. При коротких временах ДПН этих растворов отличается в пределах ошибки измерения.


Таблица 10 - Динамическое поверхностное натяжение смеси везикул из ДПФХ и трилаурина и солевого раствора БСА (концентрация БСА 10-6 моль/л, концентрация NaCl 0,9%).

Концентрация везикул по ДПФХ(трилаурин ¼ от ДПФХ),

моль/л

σ0

мН/м

σ1

мН/м

σ2

мН/м

σ3

мН/м

σ4

мН/м

λ0

λ1

λ2



мНм-1 с1/2

510-10

73,75±

0,12

72,54±

0,12

71,27±

0,12

68,89±

0,12

53,66±

0,15

2,7±

0,2

2,6±

0,3

48,8±

0,3

510-9

72,51±

0,13

71,15±

0,14

70,71±

0,16

66,62±

0,14

53,14±

0,14

1,9±

0,2

5,7±

0,3

52,1±

0,4

510-8

72,33±

0,15

71,24±

0,13

70,91±

0,18

68,70±

0,16

54,56±

0,16

1,6±

0,2

2,2±

0,2

32,6±

0,3

510-7

72,77±

0,14

71,20±

0,16

71,39±

0,16

68,41±

0,14

54,49±

0,15

1,4±

0,3

3,8±

0,4

39,5±

0,3

510-6

72,39±

0,12

71,14±

0,16

71,18±

0,13

67,49±

0,15

54,12±

0,16

1,2±

0,2

5,1±

0,4

38,3±

0,4

510-5

72,65±

0,14

72,15±

0,15

71,24±

0,12

68,42±

0,13

53,91±

0,17

1,4±

0,3

3,6±

0,3

41,3±

0,5

510-4

73,06±

0,12

72,26±

0,13

71,01±

0,14

66,19±

0,13

52,63±

0,12

2,7±

0,2

4,3±

0,4

39,7±

0,3




оставить комментарий
страница1/4
Дата05.11.2011
Размер1,51 Mb.
ТипОтчет, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх