Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

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, Pd0. «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 LLc имеет место так называемый струйный режим течения газа в капилляре, тогда как при L Lc на кончике капилляра формируются отдельные пузырьки со временем жизни tf0. 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)

Похожие:

	Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... М., Розенштейн М. М., Серпунин Г. Г., Авдеева Е. В., Шеховцев Л. Н., Уманский С. А. Калининград: Федеральное государственное бюджетное...		Рабочие программы учебных дисциплин (модулей) министерство образования... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Правительство Российской Федерации Государственное образовательное... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Федеральное агентство по образованию государственное образовательное... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ставропольская государственная медицинская академия»...
	Методические указания Новокузнецк 2012 Министерство образования и... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Правила оформления дипломных работ Министерство образования и науки... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Программа дисциплины «Сценарный трейдинг» Правительство Российской... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Программа учебной практики министерство образования и науки российской... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Министерство образования и науки российской федерации федеральное... Негосударственное образовательное частное учреждение высшего профессионального образования		Российской федерации высший арбитражный суд российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Министерство образования и науки российской федерации федеральное... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Министерство образования и науки российской федерации федеральное... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
	Министерство образования и науки российской федерации федеральное... Государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования (повышения квалификации) специалистов...		Российской федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования