Автореферат (1144793), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Температура и влажность в помещении, значения которых мы контролировали с помощью электронных термометров и психрометров, практически не менялись в течениеопыта. Эксперименты проводили с яичным белком, смешанным с воднымраствором поваренной соли в концентрации C 1, 2, 4, 7, 10, 13 %. Методика включала приготовление белковых растворов, содержащих солевую добавку различной концентрации, отбор проб и нанесении их на стекляннуюподложку, видеосъемку капли в процессе ее испарения до состояния полнойдегидратации. Далее проводился анализ видеозаписей из введенных в компьютер видеоизображений для последующего анализа по каждой концентрации выделяли кадры, соответствующие одинаковой стадии формирования кольцевой системы. На изображениях фации БЖ толщина темных полос, разделяющих отдельные кольца, много меньше ширины кольца, чтопозволяло выбрать в качестве основного информативного масштаб повторения колец λ.Результаты исследования и их обсуждениеОпределение оптимальных условий клиновидной дегидратациибиологических жидкостей и модельных растворовВ целях выявления условий клиновидной дегидратации исследуемыхжидкостей, позволяющих получить стандартизованный объект исследования и наиболее чёткую структуру фаций, мы провели исследования по подбору соответствующего объёма капли исследуемой жидкости, а также температуры и относительной влажности при которых должна происходить де-12гидратация.Определение оптимального объёма капли БЖ, дающего наиболееинформативную структуру фации.
Форма капли определяется различными параметрами: объем капли V; высота капли h; площадь основания каплиS; радиус капли r; краевой угол капли θ; поверхностное натяжение σ. Припроведении исследований модельных растворов установлено, что параметры h и θ функционально зависят от объема капли. Поэтому для исследования был избран оптимальный объема капли БЖ, при котором в фации появляется максимально возможное число структур с высоким качеством изображения. В результате проведения этих исследований было показано, что вфации СК: белковый валик образовывался при любом объеме капли, трещины имели четкую структуру при объеме капли более 15 мкл, отдельности –при 20 мкл, соли лучше структурировались в центральной части капли – при15 мкл.
Если объем капли был меньше 5 мкл, то структура фации былапредставлена только краевым валиком. Появление локальных структур вфации зависит от количества различных компонент в СК, но подбирая объёмные параметры капли можно улучшать качество изображения определённых структур. Сравнительная оценка количества и качества структур фаций,формирующихся при дегидратации капель различных объёмов, позволиланам прийти к заключению, что наиболее информативные общие результатыдаёт объем капли 20 мкл, который мы взяли за стандартный. Другие объёмыкапли мы использовали лишь в отдельных случаях при направленном поиске наиболее чёткого вида отдельных элементов в структуре фации.Определение оптимальной температуры и относительной влажности окружающего воздуха при дегидратации капли исследуемых жидкостей.
Исследование влияния температуры и относительной влажностиокружающего воздуха на формирование структуры фаций (таблица 1) былопроведено на трех БЖ (СК, ССН и НС). Качество структуры фаций оценивалось путём микроскопии при увеличении 12х и 40х.Таким образом, качественные исследования влияние относительнойвлажности воздуха и температуры на формирование структуры капли СКпри стандартном объеме (20 мкл) показали, что оптимальными условиямипостроения структуры фации являются: температура –25°С и относительнаявлажность окружающей среды – 65%. При данных значениях температуры иотносительной влажности по сравнению с другими показателями структурафаций отличалась тем, что: во-первых, все три зоны фации (периферическая, промежуточная и центральная) были видны наиболее четко; вовторых, компоненты раствора более детально распределялись по площадифации за счет оптимального времени высыхания капли; в третьих, угловоеразделение радиальных трещин и локализация между ними ячеек и бляшекв краевой области фации было наиболее четким (при других режимах влажности и температуры трещины проявлялись слабее, либо образовывалосьбольшое число хаотичных трещин).13Таблица 1.
Сравнительная оценка качества структуры фаций сыворотки крови при различных показателях температуры и относительной влажности окружающей среды (объём капли – 20 мкл)Влажность55%60%65%70%75%Температура20 0С++++*23 0С++++++25 0С++++++++028 С+++++++030 С++++++35 0С++++*Качество структуры фации: + -низкое; ++ - среднее; +++ - высокое++++++++Эти оптимальные параметры клиновидной дегидратации, установленные для СК, давали также наиболее высокое качество структур фаций идругих БЖ. Сравнительные данные влияния на формирование структурыфаций различных уровней относительной влажности окружающей среды вдиапазоне 50% ‒ 75% и температуре 25°С представлены на примере двухБЖ – ССН и НС (рисунок 1).60%50%75%65%ба65%70%55%60%Рисунок 1. Морфология фрагментов фаций при различных значениях влажности. Объем капли 20 мкл.
а ‒ ССН (смывы с миндалин), б ‒ НС.При низких скоростях высыхания (более высокая влажность и болеенизкая температура) создаются бляшки большей площади по сравнению сусловиями дегидратации выбранными, как стандарты (влажность - 65%,температура ‒ 25°С), что согласуется с данными (Brutin D., 2013).
Различияв картине образования трещин при разной относительной влажности окружающей среды объясняется конкуренцией между адгезией геля на стеклянной подложке и скоростью испарения растворителя. При изменении скорости испарения соотношение между временами гелеобразования и высыхания tG/tD меняется, что механически ограничивает область высыхания геля.Это механическое ограничение изменяет напряжения в геле и, следовательно, характер образования трещин. Переход от чисто конвективного режима14испарения к режиму гелеобразования происходит всегда в конце второйтрети общего времени дегидратации. В результате изменения скорости испарения капли отчётливо влияют на структурную эволюцию образованиятрещин при высыхании капли СК.Кроме того, наши эксперименты показали, что контактный угол (КУ)капли в процессе клиновидной дегидратации также уменьшается в зависимости от относительной влажности окружающей среды, которая наиболеесильно влияет на конечной стадии формирования фации БЖ в конце процесса испарения.
Наблюдаемое появление трещин в фации БЖ в конце процесса испарения обусловлено конкуренцией между режимами испарения игелеобразования капли БЖ. Наиболее отчётливо это проявляется при дегидратации капли СК - время испарения, зависящее от влажности и температуры среды, значительно влияет на окончательную структуру её фации.Моделирование процессов испарения капель биологических жидкостейДля описания динамики фазового фронта золь–гель и анализа эволюции формы капли многокомпонентного раствора, высыхающей на горизонтальной плоскости, нами была разработана математическая модель испарения капель БЖ. При этом была использована фундаментальная системауравнений гидромеханики неоднородных и многокомпонентных жидкостей,а также уравнение неразрывности для плотности, учитывающее плотностьпотока испаряющегося вещества на свободной границе капли, и уравнениепереноса массы растворенного вещества.
Модель рассматривает микрогидродинамику течений внутри капли, в том числе процессы адсорбции и разделения макрокомпонент раствора при осаждении, формирование пленкигеля и динамику основных параметров капли (объем, масса, КУ, скоростьдвижения фазового фронта). Такие параметры являются важными для выявления структур фации БЖ, указывающих на патофизиологические изменения организма.Рассматривая эволюцию фазового фронта в высыхающей капле, мысделали следующие предположения:1. Капля Б Ж обладает осевой симметрией и представляет собойколлоидный раствор, содержащий растворитель и растворенное вещество.2. Анализ дегидратации капли, размещенной на горизонтальной подложке в открытом пространстве при изотермических условиях и стандартной относительной влажности, учитывает два вида динамики контактнойлинии (КЛ): прикрепленная и неприкрепленная КЛ.3.
При накоплении на краю капли вынесенного течениями твердоговещества происходит фазовый переход, в результате которого в капле образуются две области: коллоидный раствор в центральной части (жидкая фаза)и гель на периферии капли.4. Гелевая фаза полностью блокирует течение жидкости.
Следовательно, потеря жидкости в гелевой фазе за счет испарения не компенсируется15притоком ее из жидкой части капли и не оказывает влияние на гидродинамические течения в жидкой части капли.5. В силу продолжительности испарения конвективные процессы втолще капли, порожденные испарением воды, достаточно медленные, поэтому искажения формы поверхности, обусловленными течениями внутрикапли, нами не учитывались.Таким образом, разработанная нами модель позволяет исследоватьпроцессы, происходящие в высыхающей капле МЖ с заданной концентрацией белка, что даёт возможность более детального анализа формированияструктуры фаций естественных БЖ.Исследование периодичности формирования кольцевых структурфаций МЖ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
