Диссертация (1150173), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Обычно, режимы можно разделить на статические (контактные) идинамические (полуконтактный и неконтактный).Рис. II.4.Принципиальнаясхемаустановкидля(http://www.polifab.polimi.it/equipments/afm/)атомно-силовоймикроскопии48В данной работе топография поверхности адсорбционных пленок ДНК/ПАВ былаисследована с помощью АСМ в полуконтактном режиме для предотвращения возможныхповреждений поверхности пленок или прилипания слабо закрепленных участков пленкик поверхности кантилевера.Равновесные адсорбционные пленки ДНК/ЦТАБ анализировались на прибореNTEGRA Prima (NT-MDT, Россия), оснащенном кантилевером с радиусом кривизнынаконечника 10 нм.
Адсорбционные пленки были предварительно перенесены израствора на свежеочищенную поверхность слюды по методу Лэнгмюра-Блоджетт.Постоянство значения поверхностного натяжения являлось свидетельством образованияравновесных адсорбционных слоев. Спустя 3 часа после образования новой поверхностис помощью мембранного насоса маточный раствор был аккуратно заменен на раствор 20mM NaCl/10 mM Tris-HCl для предотвращения загрязнения поверхности слюдыкомпонентами раствора из объема. После перенесения пленок на твердую подложкуобразцы помещались в эксикатор и оставлялись на сутки при температуре среды 4° C.Манипуляции прибором и анализ полученных изображений осуществлялся с помощьюпрограммного обеспечения NOVA.II.5.
Микроскопия при угле БрюстераМикроскопия при угле Брюстера позволяет наблюдать образование монослоев наповерхности раствора в режиме реального времени. Принципиальная схема установкипредставлена на рис.II.5. Отражение падающего света от поверхности двухнепоглощающих изотропных фаз с показателями преломления n1 и n2 зависит отполяризации и угла падения излучения . В случае p-поляризованного света и идеальнойповерхности с резкой границей между фазами интенсивность отраженного света при углеБрюстера равна нулю.
Угол Брюстера, , определяется из следующего соотношения и длямежфазной границы воздух/вода равен 53,1º:tanα =n1n2(II.18)где n1 и n2 – показатели преломления двух соприкасающихся фаз.Таким образом, при постоянном угле падающего света образование на поверхностираствора тонкой пленки приводит к малым, но достаточным для регистрации изменениям49интенсивности отраженного света, что позволяет определить морфологию образующихсяв ходе адсорбции пленок.Морфология пленок ДНК/ПАВ определялась в режиме реального времени намикроскопе BAM1 (NFT, Göttingen, Германия) с пространственным разрешением 4 μм,оснащенном 10 мВт He-Ne лазером и набором поляризационных фильтров. Один изфильтров задает поляризацию падающего на поверхность света, а второй используетсяпри анализе поляризации отраженного света, попадающего затем в детектор – ПЗСкамеру. Исследуемый раствор заливался к ванну Лэнгмюра и морфология адсорбционнойпленки наблюдалась в течении 24 часов при комнатной температуре.Рис.
II.5.Принципиальная схема установки БАМ(http://www.biolinscientific.com/technology/brewster-angle-microscopy/)II.6.Динамическое рассеяние светаМетод динамического рассеяния света является одним из основных методовопределения размера частиц в коллоидных растворах или растворах полимеров и белков[203].В экспериментальной установке по динамическому рассеянию света луч лазерапроходит через поляризатор, а затем направляется на исследуемый раствор. Если размеранализируемых частиц достаточно мал по сравнению с длиной волны света, падающийлуч будет рассеиваться во всем направлениях, согласно закону Релея. Рассеянный светдалее проходит через анализатор, и затем детектор, положение которого определяет угол50рассеяния θ.
Регистрация флуктуаций интенсивности рассеянного света позволяетрассчитатьвременнуюавтокорреляционнуюфункцию,изкоторойполучаютинформацию о коэффициенте диффузии частиц D. Из значения коэффициента диффузиидалее рассчитывается гидродинамический радиус частиц Rh по уравнению СтоксаЭйнштейна:= 6ℎ,(II.19)где kB – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, η – вязкость растворителя.Распределение частиц по размеру в растворах ДНК и ДНК/ЦТАБ определялось наприборе SZ 100 (Horiba Jobin Ivon, Япония). Измерения проводились в 10 мм кювете приугле падения 173° и при температуре 25±0,1°С.
Для воды использовались значенияпоказателя преломления, 1,333 и вязкости, 0,897 сП. Автокорреляционная функция длякаждого образца записывалась в течение 1 минуты; воспроизводимость результатовоценивалась по 10 отдельным измерениям.II.7. ИК-спектроскопия поглощения-отраженияИнфракрасная спектроскопия (ИК) отражения-поглощения позволяет оценитьглобальную концентрацию функциональных групп в поверхностном слое, поглощающихв инфракрасном диапазоне, а также ориентацию этих групп относительно отражающейповерхности. При попадании ИК излучения на водную поверхность, покрытую тонкойпленкой,малаячастьэтогоизлучения(около6%)отражаетсямолекулами,составляющими данную пленку [204].
Луч света с заданной поляризацией, параллельной(p) или перпендикулярной (s) плоскости поверхности, падает на поверхность под строгоопределенным и контролируемым углом. Отраженный свет детектируется при угле,равном углу падения. Поляризация света, а также поверхностное давление раствора,измеряемое методом пластики Вильгельми, контролируются с помощью компьютера.Относительная интенсивность поглощения-отражения света (RA) определяется спомощью соотношения: = − lg ( ),(II.20)0где R – интенсивность света, отраженного от поверхностной пленки, R0 – интенсивностьсвета, отраженного от чистой поверхности воды [204].51В данной работе спектр поглощения-отражения определялся с помощью спектрометраNicolet 8700 FTIR (Thermo Scientific, США), снабженного дополнительным модулемTabletop Optical Module (TOM) для снятия спектров с межфазной границы.
ИК луч воптическом модуле TOM фокусировался на поверхности образца при угле падения 400 иполяризовался перпендикулярно плоскости поверхности с помощью поляризационногомодулятора на силиконовой подложке (ThorLabs, США). Охлаждаемый жидким азотомдетектор (MCT-D*) использовался для снятия спектров с разрешением 8 cm-1. Дляданного образца спектры снимались 512 раз и усреднялись.II.8. Используемые реактивыПоверхностно-активные веществаВ работе использовались бромиды цетилтриметиламмония (С16ТАБ, ЦТАБ),тетрадецилтриметиламмония (С14ТАБ, ТТАБ) и додецилтриметиламмония (С12ТАБ,ДТАБ)компанииSigma-Aldrich.Бромидыдецилтриметиламмония(С10ТАБ)иоктилтриметиламмония (С8ТАБ, ОТАБ) были синтезированы из соответствующихжирных кислот.
Перед использованием все бромиды алкилтриметиламмония дваждыперекристаллизовывались из смеси этилового спирта и этилацетата.Додецилсульфат натрия (ДСН, Sigma-Aldrich, 99.9%) перед использованием дваждыперекристаллизовывался из этилового спирта с добавлением бензола. Чистота ПАВопределялась по отсутствию минимума на изотерме поверхностного натяжения.ПолиэлектролитыНатриевая соль полиакриловой кислоты (ПАК) с молекулярным весом 60000(Polysciences,Германия)использоваласьбездополнительнойочистки.Дляприготовления исследуемых растворов использовался 35% водный раствор поликислоты.Хлорид полидиаллилдиметиламмония (ПДАДМАХ) со средним молекулярным весом10000 – 20000 (Sigma Aldrich) предварительно подвергался диализу через целлюлозныемембраны (Sigma DВ-9527) для отделения олигомеров и других низкомолекулярныхпримесей.Натриевая соль линейной ДНК (лДНК, 6% NaCl), с молекулярным весом 107 (SigmaAldrich, D1501) использовалась без дополнительной очистки.
Концентрация ДНК в водеопределялась с помощью УФ-спектроскопии (UV3600 spectrophotometer, SHIMADZU).52Коэффициент экстинкциидлядвухцепочечной ДНК придлине волны 260 нмпринимался равным 6600 M-1см-1. Отсутствие примесей белков и других органическихзагрязнителей оценивалось из соотношений A260/A230 and A260/A280 , лежащих в областизначений 1.8-1.9 [205].Плазмидная ДНК (пДНК, pEGFP-C1), состоящай из 4730 пар оснований получена изClontech (Palo Alto, CA, США). Перед использованием проводилась очистка с помощьюнабора Qiagen (Valencia, CA, США) согласно рекомендациям производителя.Дополнительные реактивыБуферные растворы готовились на основе Trizma base (Sigma, Германия),используемого без дополнительной очистки.Хлорид натрия (NaCl, Sigma-Aldrich) предварительно прокаливался в муфельной печипри температуре 750 °C для удаления органических загрязнений.Все маточные растворы готовились в воде Millipore (удельное сопротивление 18.2 MΩсм), получаемой на установке Milli-Q.Посуда и пипетки перед измерениями предварительно выдерживались в хромовойсмеси, после чего тщательно промывались дистиллированной водой и водой Millipore.Измерения проводились при температуре 20±1 °С.53ГЛАВА IIIРАСТВОРЫ СМЕСИСИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ И ПАВВ данной главе рассматриваются динамические поверхностные свойства растворовкомплексов синтетических полиэлектролитов и низкомолекулярных ПАВ.
Основноевнимание уделяется влиянию ионной силы раствора на формирование адсорбционногослоя комплексов полиэлетролит/ПАВ на примере растворов ПДАДМАХ/ДСН/NaCl ивлиянию длины углеводородной цепи молекул бромидов алкилтриметиламмония надинамические поверхностные свойства растворов комплексов этих веществ иполиакриловойкислоты.Посколькуисследуемыесистемыхарактеризуютсязначительными отклонениями от равновесия [137,206,207], то отдельный параграфпосвящен влиянию способа приготовления раствора на его поверхностные свойства[208].Взаимодействие молекул ПАВ с заряженными группами полиэлектролита примолярном соотношении компонентов, близком к стехиометрическому, приводит кобразованию микро- и наноагрегатов в объеме раствора.
Размер и свойства этих агрегатовзависят от метода приготовления раствора, прежде всего, от порядка смешениякомпонентов [209].Образование агрегатов в объеме раствора может косвенно влиять на его поверхностныесвойства, например, в результате постепенного обеднения поверхности комплексамиполиэлектролит/ПАВ, переходящими в объемную фазу. Так, выпадение осадка врастворахПДАДМАХ/ДСНсопровождалосьпоявлениемпиканаизотермеповерхностного натяжения [196,197]. В то же время прямое влияние агрегатов наповерхностные свойства водных растворов полиэлектролит/ПАВ только начинаетпривлекатьвниманиеисследователей.Например,недавнобылиобнаруженызначительные различия в поверхностных свойствах растворов, в которых агрегатыобразовывались на межфазной границе, адсорбировались из объемной фазы илидесорбировались [34,108].Динамические поверхностные свойства растворов комплексов полиэлектролит/ПАВопределяются неравновесными процессами, возникающими в результате деформацииповерхности раствора [210–212].
Для исследования механизма этих процессов, особенно54в микрогетерогенных системах, измерения монотонных кинетических зависимостейповерхностного натяжения оказывается недостаточным. Более информативными могутбыть методы дилатационной поверхностной реологии, позволяющие для многих системвыделить основные стадии формирования адсорбционного слоя [33,41,174].Одна из трудностей при изучении поверхностных свойств растворов полиэлектролитовили растворов комплексов полиэлектролит/ПАВ заключается в медленной кинетикеадсорбции из-за возникновения электростатического барьера адсорбции [27,28,213].Добавление в раствор индифферентного электролита значительно ускоряет адсорбцию.Влияние ионной силы на кинетические зависимости динамической поверхностнойупругости обсуждалось до настоящего времени лишь в небольшом числе работ.III.1.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
