Диссертация (1103804), страница 11
Текст из файла (страница 11)
61).Рис. 61 – Схематическое изображение раствора нанокомпозитныхлипосом в межэлектродном пространстве экспериментальной установки,83генерирующей импульсы электрического поля (слева) и фотографияэкспериментальной установки (справа)Междуплоскимиэлектродамиконденсаторарасполагалосьтрансформаторное масло с относительной диэлектрической проницаемостьюεm = 2,2. В пространство между электродами помещался цилиндрическийполипропиленовый контейнер (ε = 2,2) объёмом 0,5 мл, заполненный воднойсуспензиейнанокомпозитныхмембранныхвезикулсхарактернымиразмерами 80 – 500 нм, на оболочке которых были иммобилизованынаночастицы магнетита c характерным размером 2,5 – 6 нм и наночастицзолота размером не более 10 нм.
Внутренний объем мембранных везикулсодержал раствор соли NaCl. На электроды импульсно подавалась разностьпотенциалов U0 = 15 кВ, при этом длительность импульса составляла неболее5нс,накаждыйобразецпятикратноподавалсяимпульсэлектрического поля, а зазор между электродами составлял 1 см. Формаимпульса электрического поля представлена на рис. 62.Рис.
62 – Форма импульса электрического поля845.2.Результаты экспериментаНа рис. 63 представлены изображения суспензий мембранныхвезикул, функционализированных наночастицами магнетита и золота, послеимпульсного воздействия электрического поля, полученные методом ПЭМ.Рис. 63 – Характерные электронно-микроскопические изображениянанокомпозитных мембранных везикул, связанных с наночастицами золота(слева) и магнетита (справа), после воздействия ультракоротких импульсовэлектрического поля. Изображения получены методом ПЭМНапредставленныхизображенияхвидныдеформированныемембранные везикулы, фрагменты их мембран, агрегаты наночастицмагнетита и характерные кубические кристаллы соли NaCl.
Представляютинтерес обнаруженные на этих изображениях новые объекты, которыеобразовалисьврезультатевысокоэнергетическогоэлектрическоговоздействия – стержнеобразные наноструктуры (вискеры), характерные дляоксидов железа, и плоские наноструктуры с отверстиями и четкимиграницами.В таблице 1 представлены результаты измерения проводимостираствора нанокомпозитных мембранных везикул, функционализированныхнаночастицами магнетита и золота, молекулами ПСС, и, содержащих вовнутреннем объеме ионы Na+ и Сl-, до и после воздействия импульсов85электрического поля, а также после воздействия детергента тритона Х-100.Измерения проводились при температуре 22 ⁰С.Таблица 1 – Результаты измерения проводимости растворананокомпозитных мембранных везикул, связанных с ПСС, наночастицамимагнетита и золота до и после воздействия импульсов электрического поля идетергента тритон Х-100.РастворРастворРаствормембраннмембраннмембранныхых везикулыхвезикул ссвезикулнаночастицаминаночастимагнетитацамизолотаПроводимостьисходногораствора30±2мкСм/см35±2 мкСм/см115±2мкСм/смРаствормембранныхвезикул с ПССинаночастицамимагнетита60±1 мкСм/смПроводимостьраствора послевоздействия50±2импульсовмкСм/см95±3 мкСм/см136±2мкСм/см115±1 мкСм/смэлектрическогополяПроводимостьраствора последобавлениядетергента90±2мкСм/см98±2 мкСм/см155±3мкСм/см140±2 мкСм/смтритона Х-100Среднеквадратичная погрешность в таблице определена исходя изполученных данных серии аналогичных экспериментов.86Погрешность в таблице определена исходя из полученных данныхсерии аналогичных экспериментов.Если принять изменение значения проводимости образцов послеразрушения везикул детергентом тритоном Х-100 за 100 %, можно оценить впроцентном соотношении долю вышедшего в наружный объем соли NaCl.Так при воздействии электрическими импульсами на нанокомпозитныемембранные везикулы на основе липосом без наночастиц выход в наружныйобъем соли NaCl составил 33,3 %.
Тогда как, в случае с нанокомпозитнымимембранными везикулами на основе липосом и наночастиц магнетита, выходв наружный объем соли NaCl после воздействия электрическими импульсамисоставил 95,2 %. Что свидетельствует об увеличении чувствительностикапсул к электрическим воздействиям за счет включения в их структурупроводящих наночастиц.
При использовании нанокомпозитных мембранныхвезикул на основе липосом и золотых наночастиц выход соли в наружныйобъем составил 52,5 %, а в случае с мембранными везикулами на основелипосом, наночастиц магнетита и полианиона ПСС выход соли в наружныйобъем составил 68,75 %. Данные результаты также свидетельствуют обэффективностиразрушенияэлектрическимиимпульсамикапсул,содержащих в своем составе золотые наночастицы и полиэлектролиты.Таким образом, эффект нарушения целостности мембран значительноменьше при воздействии импульсов электрического поля на мембранныевезикулы, не содержащих проводящих наночастиц, по сравнению саналогичным воздействием на нанокомпозитные мембранные везикулы,связанных с наночастицами магнетита и золота, молекулами ПСС.5.3 Механизмы влияния импульсного электрического поля нананокомпозитные мембранные везикулыВоздействиеимпульсногоэлектрическогополянаструктурумембранных нанокомпозитных везикул, может приводить к эффектуэлектропорации бислойной мембраны, к возбуждению диполь-дипольного87взаимодействиямеждуполяризованныминаночастицамимагнетита,связанными с мембраной капсул, что также может приводить к изменениюструктуры везикулы, а также к пробою мембраны за счет локальногоусиления напряженности электрического поля на проводящих наночастицах.В случае возникновения квазистационарного состояния в процессевоздействияимпульсамиэлектрическогополянананокомпозитныемембранные везикулы, можно сделать соответствующие оценки величиннапряженности электрического поля в системе и разности потенциалов налипидных мембранах везикул.Межэлектродное пространство в описанном эксперименте былонеоднородное (рис.
61). Липосомы с наночастицами на своей поверхности,находились в водной среде (значение относительной диэлектрическойпроницаемости чистой воды εв=80) и были заключены в полипропиленовуюцилиндрическую кювету (εк=2,2), которая помещалась в межэлектродноепространство, заполненное трансформаторным маслом (εм=2,2). Значениеотносительной диэлектричечкой проницаемости липидной мембраны ε л=2,7.Внутренний объем нанокомпозитных мембранных везикул был заполненпроводящим водным раствором соли NaCl (рис. 58).Посколькуизменениедиэлектрическойпроницаемостиводыпроисходит при частоте электромагнитных воздействий выше 2 ГГц [118], тов рассматриваемом случае (длительность импульса около 5 нс) при частотевоздействия до 0,2 ГГц данного эффекта не происходит. В случае странсформаторным маслом, значение диэлектрической проницаемости независит от частоты электромагнитных воздействий, так как данное веществоявляется неполярным.
Области стенок полипропиленовых емкостей неучитываются,всвязиссовпадениемзначенийдиэлектрическойпроницаемости полипропилена и трансформаторного масла.На рис. 64 схематически представлено изображение липосомы вовнешнем электрическом поле.88Рис. 64 – Схематическое изображение липосомы во внешнем электрическомполе напряженностью ⃗Е, в сферической системе координат. Где отрезок АВ =l толщина липидной мембраны, OA = a – радиус внутреннего объемалипосомы, εв, εл – значения относительной диэлектрической проницаемостиво внешнем, внутреннем объеме липосомы и в мембранеСчитаем форму липосомы сферической.
Рассмотрим систему всферической системе координат. Обозначим через φ0, φл, φв, ⃗0 , ⃗Л , ⃗Взначения электрического потенциала и напряженности электрического поляво внутреннем объеме липосомы, в мембране липосомы и во внешнемобъеме соответственно. : < < , 0 ≤ ≤ , 0 ≤ < 2; = () = {л : < < + , 0 ≤ ≤ , 0 ≤ < 2; : > + , 0 ≤ ≤ , 0 ≤ < 2.Поскольку внутренний объем везикулы заполнен проводящим воднымраствором соли NaCl, тогда ⃗0 =0.Уравнение Лапласа с граничными условиями для φ(r, θ, ψ) в случаесферы, помещенной в электрическое поле, и решение данной задачи описанов [119].В случае если≪ 1:89⃗Л =3(1 + 2 3 ) ⃗ cos Л + 2 ВВ полярной области мембраны (θ = 0),в случае тонкой мембраны ( ≪1), получаем:3⃗ + 2 распределении электрического⃗Л=ЕРешаязадачудиэлектрическомоцилиндресдиэлектрическойполяпроницаемостьювεВ,помещенном в диэлектрическую среду с диэлектрической проницаемостьюεм, находящемся во внешнем электрическом поле напряженностью ⃗0 =0,находим:2м⃗ =⃗2 0м + − ( −м ) 2Где D = 5 мм – диаметр водяного цилиндра, L = 10 мм – расстояниемеждуэлектродами.⃗0 = 0,U0=15кВ,εм=2,2–диэлектрическаяпроницаемость масла, εв=80 – диэлектрическая проницаемость воды.
Такимобразом, ⃗В = 1,05 кВ/см.Тогда для значения напряженности электрического поля в липидноймембране получаем следующее выражение:⃗Л =3ВЛ + 2·2М2В М + В – (В −м ) 2·0Учитывая, что средний размер мембранных везикул 200 нм, можнооценить значение ⃗Л =28 кВ/см.Теперь проведем оценки разности потенциалов на липидной мембране(∆0 )в полярной области (θ = 0) липосомы.∆0 = Л ( = , = 0) − Л ( = , = 0)90∆0 =3Л + 22М·2 М + В – (В −м ) 2·0В нашем случае εЛ = 2,7, l = 4 нм, тогда:∆φ0 = 11,1 мВТаким образом, в описанном эксперименте по бесконтактномувскрытию нанокомпозитных мембранных везикул путем воздействия на нихимпульсов электрического поля, величина напряженности электрическогополя непосредственно воздействующего на везикулы составляла около 1,05кВ/см, величина разности потенциалов на мембране достигала около 11,1 мВ.Излитературныхданныхизвестно,чтозачастуюэффективнаяэлектропорация липидных везикул происходит при больших значенияхнапряженности внешнего электрического поля, разности потенциалов намембране и времени воздействия, например, при значении разностипотенциалов 150 мВ и длительности воздействия электрическим полем втечение нескольких микросекунд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
