Диссертация (1144795), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Здесь прояв-41ляют себя дальнодействующие корреляции, свойственные предкритическимсостояниям. Так происходит синхронизация пространственно удалённыхдвижений: прежде локальные события начинают влиять на удалённые частисистемы [134]. В равновесной системе поведение микрочастиц некогерентно,вполне автономно (радиус корреляций ~ 10-7 м). При неравновесных переходах спонтанно возникает синхронизация фаз волновых функций, движениеколлективизируется вплоть до образования макроструктур и нового типа поведения.Фактор сложности, наряду с нелинейностью, присущ всем реальнымобъектам природы.
Понимание сложного как феномена самоорганизации одна из центральных проблем синергетики [97]. Сложность есть следствиеколлективного поведения внутренне простых объектов. Явления самоорганизации протекают в макроскопических системах, представляемых большойсовокупностью элементов: дискретных (отдельных) или непрерывных(сплошных сред). Понимая макроскопичность как наглядную осязаемость,можно сложность систем трактовать как многоэлементность и многосвязность.Другой аспект сложности, имеющий источником само явление самоорганизации − сложность внешних проявлений системы, т.е.
сложность поведения. Известно, что и простые объекты с сильной неравновесностью и нелинейностью, представленные небольшим числом элементов, обладают способностью к самоорганизации (преимущественно поведения). Во многихслучаях удаётся добиться того, что сложное и непонятное вдруг оказываетсяустроенным довольно просто [176].Когда количество элементов и связей в системе велико, совокупностьобладает более сильным качеством критических переходов к новым типамструктур и поведения. Таким образом, мы приходим к трактовке самоорганизации как морфогенезу сложного. Под сложными системами понимают многокомпонентные (с различием свойств компонентов) нелинейные и неравно-42весные системы, претерпевающие во взаимодействии с внешней средой череду качественных спонтанных перестроек структуры и поведения [77; 91].Чем сложнее система, тем больше в ней возникает бифуркационных переходов, отсюда всё менее предсказуемо и более многовариантно её поведение.Приведенные примеры позволяют дать объяснение процессам самоорганизации: возникновение структур в системе происходит, когда нелинейныеэффекты, определяющие эволюцию и обусловленные внешним воздействиемна систему, становятся достаточными для разрастания флуктуаций, присущих таким системам.
Более того, часто при описании процессов самоорганизации не удается даже написать соответствующие уравнения эволюции, ирассмотрение проводится на основе некоторых упрощенных моделей.Капля жидкости, в том числе и БЖ, испаряющейся на твердой подложке представляет собой самоорганизующуюся систему [247]. Процессы в капле или тонкой пленке предполагают некоторую ограниченную во времениэволюцию системы от некоторого начального состояния, когда элементы системы обладают подвижностью, до конечного состояния, при котором элементы теряют подвижность, образуя финальную стадию, характеризуемуюфиксированной в пространстве архитектурой ансамбля структур [338; 339].Архитектура сформированного в такой технологии ансамбля зависит нетолько от кинетических факторов, но и от поверхности подложки, взаимодействия частиц друг с другом и др.
Варьируя свойства ранее названных частей, можно изменять функциональность системы. Изменяемыми являютсяпараметры всех составных частей системы, определяющие их индивидуальные свойства и взаимодействия.Размер капли является существенным параметром. С уменьшениемразмеров капли энергия поверхностных сил убывает медленнее, чем энергия,распределенная в объеме (гравитационной природы), поскольку первая пропорциональна квадрату характерного размера, а вторая его кубу. Поэтомумасштабным критерием является капиллярная постоянная l 2 g , зави-43сящая от поверхностного натяжения σ, ускорения свободного падения g иплотности жидкости ρ [70].
Капиллярная постоянная определяет порядок характерных размеров капли, при которых энергия ее поверхностного натяжения соизмерима с гравитационной энергией, которая распределена по объемураствора. Для воды капиллярная константа имеет величину около 4 мм. Поэтому в капле БЖ диаметром 8 мм можно уже говорить о значительном преобладании капиллярных сил; при этом форма капли описывается шаровымсегментом с краевым углом, отвечающим соотношению энергий межфазныхграниц «раствор-воздух», «раствор-подложка» и «подложка-воздух» [45;384].Капиллярные силы действуют в приповерхностных слоях раствора[373]; к объемным силам относятся сила гравитации и архимедова сила, атакже, возможно, внешние поля, которые могут налагаться для управленияпроцессами самоорганизации.
При этом происходит изменение объема идвижение ограничивающих каплю поверхностей, совершается работа поупорядочению ансамбля частиц. Испарение растворителя есть фазовый переход первого рода, при котором происходит освобождение молекул растворителя. Межфазная граница, на которой происходит процесс испарения, смещается, при этом изменяется и поверхностная энергия раствора.
Важную рольтакже играют и силы взаимодействия и адсорбции частиц, и раствора в целомк подложке.Таким образом капля БЖ, испаряющаяся на твердой подложке, представляет собой самоорганизующуюся системы: является открытой, т.е. происходит обмен энергией и (или) веществом с окружающей средой; содержитансамбль структур (изначально присутствующих в растворенном виде); в нейсуществуют исходное (неупорядоченное) и конечное (упорядоченное) состояния ансамбля. Переход из исходного состояния в финальное занимает конечное время и является необратимым: переход инициируется испарениемрастворителя в окружающую среду, приводящим к уменьшению объема рас-44твора, в результате чего капиллярные силы совершают работу по упорядочению системы и диссипируются силами трения.
Обмен энергией и веществомс внешней средой происходит в процессе испарения растворителя и прекращается с его испарением.1.2.2. Физико-химические свойства биологических жидкостей,влияющие на самоорганизацию в процессе дегидратацииБиологические жидкости являются наиболее доступным и удобнымсубстратом для исследования процессов покоя и изменчивости живыхсистем. На характер самоорганизации БЖ in vitro влияют внутренниепараметры, заданные организмом и внешние условия, наиболее значимымииз которых являются температура окружающей среды, влажность, движениевоздуха, механические и электромагнитные воздействия и другие факторы[53], определяющие скорость испарения.Важнейшими физико-химическими факторами, устанавливающимипорядоксамоорганизацииБЖ,являютсявода,общаяконцентрациярастворенных в ней минеральных и органических веществ, соотношениеконцентраций, а главное − структурные особенности молекулярного уровня.В любой БЖ непрерывно с высокой интенсивностью происходят дваосновных противоположных по своему значению процесса: 1) формированиесвязей между определенными молекулами и атомами, 2) их взаимноеотталкивание,разрывсвязей[225;226;255;256].Этипроцессыопределяются особенностями структуры взаимодействующих атомов имолекул.Современные аналитические методы позволяют определять лишьколичественный состав отдельных метаболитов без качественного анализа ихвзаимосвязей, при дегидратации БЖ структурообразование твердой фазыпротекает с учетом данных взаимосвязей (помимо физических законов ивнешних условий), что позволяет их анализировать [80].45Особенностью полимерных тел является многообразие их надмолекулярных структур и легкость перехода их в разные морфологические формы.Существует ряд моделей, описывающих строение полимерных тел: модельбахромчатой мицеллы, модель Йеха, модель паракристаллического состояния, модель меандров, модель перекрывающихся статистических клубков ит.д.
Общим во всех моделях является наличие в полимерном теле зон упорядоченности и относительного «порядка». Это принципиальная черта первоймодели, которая отражает сущность надмолекулярной организации полимеров. Отличие более поздних моделей друг от друга и модели бахромчатоймицеллы состоит лишь в трактовке связи упорядоченных объемов между собой и в способах их относительного расположения в пространстве [19].При переходе БЖ в структурированное твёрдотельное состояние значительную роль приобретают слабые нековалентные связи, имеющие место вводных растворах органических соединений.
Поскольку эти связи обеспечивали информационное содержание макромолекулы в водных растворах, приудалении воды их роль в возникновении упорядоченного состояния и установлении связей в образовавшейся твердой структуре возрастает [27].На процесс дегидратации влияют силы поверхностного натяжения, осмотические (онкотические) силы и вязкость.
Растворенные в жидкости вещества могут менять поверхностное натяжение [59]. Так, в норме поверхностное натяжение сыворотки крови 0.85 ‒ 0.88 мН/м, при увеличении концентрации желчных кислот оно снижается до 0.6 мН/м и ниже, что существенноменяет структурные параметры БЖ при переходе в твёрдую фазу [204; 205].В процессе дегидратации капли БЖ важную роль играет осмос − процесс диффузии растворителя из менее концентрированного раствора в болееконцентрированный. Явление осмоса наблюдается в средах, где подвижностьрастворителя больше подвижности растворённых веществ [179].
Осмотическое давление плазмы крови составляет в среднем 6,62 атм (6.47 ‒ 6.72 атм)[104]. Осмотическое давление зависит только от концентрации частиц в рас-46творе, и не зависит от их массы, размера и валентности. Осмотическое давление создают в растворе все частицы: ионы (Na+, К+, С1—, НСО3—),нейтральные молекулы (глюкоза, мочевина).Онкотическое давление СК (0.03 ‒ 0.04 атм), которое зависит от содержания в растворе белков, составляет примерно 0,7% осмотического давления(осмотической концентрации), имеет большое функциональное значение всвязи с высокой гидрофильностью белков и их неспособностью свободнопроходить через полупроницаемые биологические мембраны [81; 104; 179].БЖ обладают различной вязкостью, величину которой, в первую очередь, определяют белковые молекулы. В развернутом состоянии они оказывают наибольшее сопротивление потоку и придают раствору высокую вязкость, а наиболее плотные молекулярные клубки отвечают наименьшей вязкости растворов [108].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
