Диссертация (1150173), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Это позволяет предположить, что на первой стадииадсорбции первоначльно адсорбируются в основном мономеры ПАВ.Таблица IV.1. Действительная часть динамической поверхностной упругости для равновесныхрастворов ЦТАБ и растворов ДНК/ЦТАБ в области плато.εre, мН/мЦТАБДНК/ЦТАБ5*10-7211*10-6625*10-618181*10-521202*10-51821[ЦТАБ], MС целью проверки этого вывода экспериментальные кинетические зависимостиповерхностного натяжения сравнивались с результами расчетов, основанными напредположении о диффузионном механизме адсорбции ПАВ.Кинетика адсорбции низкомолекулярного ПАВ может быть описана с помощьюуравнения Уорда-Тордея (I.6).Вблизи равновесия подповерхностная концентрациястремится к объемной концентрации. Это позволяет получить асимптотическую формууравнения (I.6), справедливую при приближении к равновестю [225]: − =Γ2(4)12,(IV.2)где γe – равновесное поверхностное натяжение, и k – коэффициент, учитывающийдиссоциацию ПАВ.
При высокой ионной силе раствора k ≈ 1.При расчетах в качестве γe было взято значение поверхностного натяжения,соответствующее началу участка плато (рис.IV.6а). Величина Г определялась изэллипсометрических данных.102Из рис. IV.14 видно, что экспериментальные данные образуют прямую линию вкоординатах γ – t-1/2 для времен жизни поверхности до начала области плато.Аппроксимация экспериментальных данных уравнением (IV.2) позволила получитькоэффициент диффузии ПАВ, который использовался в качестве единственногоподгоночногопараметра.Полученныезначениялежаливинтервале4.4*10-10 – 5.1*10-10 м2/сек, что хорошо согласуется со значением коэффициентасамодиффузии 3.79*10-10 м2/сек, полученным в работе с помощю ЯМР спектроскопии[226]. Таким образом, ранее сделанное предположение оправдывается, и первой стадиейадсорбции в случае смешанных растворов ДНК/ЦТАБ действительно является адсорбциямономеров ПАВ.6866, мН/м646260580,000,020,040,060,080,100,120,140,160,180,200,221/t1/2Рис.
IV.14.Экспериментальные данные (символы) и результаты расчетов по уравнению(IV.2) (линии) для растворов ДНК/ЦТАБ с концентрацией ЦТАБ 10 μM иконцентрациями ДНК: 5 (квадраты), 10 (круги), 15 μM (ромбы).Для описания второй и третьeй стадий формирования адсорбционного слоянеобходимо учесть адсорбцию комплексов ДНК/ЦТАБ.
Из рис. IV.12 видно, что началотретьей стадии адсорбции, соответствующей примерно изображению на рис. IV.12а,характеризуется относительно низкой поверхностной концентрацией компонентов. Вэтом случае структура адсорбционного слоя состоит из сетки фибриллярных агрегатовДНК/ЦТАБ.103Адсорбция агрегатов ДНК/ЦТАБ происходит одновременно с адсорбцией мономеровПАВ, но на первой стадии ей можно пренебречь. На второй стадии постоянствоповерхностного натяжения и незначительные изменения динамической поверхностнойупругости позволяют предположить, что фибриллярные агрегаты ДНК/ЦТАБ находятсяна поверхности в виде отдельных невзаимодействующих участков пленки («островков»),и, тем самым, почти не влияют на поверхностные свойства.
Размер этих участковпостепенно увеличивается и на третьей стадии они начинают взаимодействовать друг сдругом, что приводит к понижению поверхностного натяжения и резкому увеличениюповерхностной упругости.Кооперативное взаимодействие мономеров ЦТАБ с молекулами ДНК в объемной фазеначинается вблизи ККА, т.е. при концентрациях около 1*10-5 M (рис. IV.2). Методдинамического рассеяния указывает на отсутствие агрегатов в в этой областиконцентраций ПАВ. Таким образом, агрегаты образуются непосредственно вповерхностном слое. Обычно отдельные цепи ДНК не взаимодействуют в растворе другс другом из-за их гидрофильности. Взаимодействие с молекулами ПАВ приводит кгидрофобизации ДНК.
При этом отдельные цепи ДНК начинают объединятся, образуянити (фибриллы) в объемной фазе в области концентраций выше ККА. В поверхносномслое этот процесс происходит при меньших концентрациях, до ККА [47,135]. Данные потолщине адсорбционной пленки (рис. IV.12а) показывают, что такие нити образованынесколькими цепями ДНК и, очевидно, содержат мономеры ПАВ.Результаты эллипсометрических измерений показали, что суммарная поверхностнаяконцентрация монотонно возрастает со временем жизни поверхности. Из данных ИКспектроскопии (рис.
IV.11) следует, что поверхностная концентрация ПАВ увеличиваетсяна всех стадиях адсорбции. На первой стадии адсорбции это происходит в результатебыстрой адсорбции мономеров. На последующих стадиях мономеры ПАВ включаются всостав комплексов (фибриллярных агрегатов), и поверхностная концентрация ПАВ такжевозрастает. Полученные результаты позволяют предложить следующую схемуобразования поверхностного слоя в растворах ДНК/ЦТАБ в области концентраций ПАВдо начала агрегации в объемной фазе (рис. IV.15).Процессы адсорбции мономеров ЦТАБ и образование комплексов ДНК/ЦТАБ вповерхностном слое происходят одновременно, однако, на первой стадии последнийпроцесс можно не учитывать.
Адсорбция ПАВ является диффузионно-контролируемой.104Когда ПАВ насыщает поверхность, поверхностное натяжение перестает меняться. В тоже время продолжается адсорбция комплексов ДНК/ЦТАБ, приводя к появлению вповерхностном слое микроагрегатов. Эти агрегаты не взаимодействуют друг с другом иповерхностные свойства системы не меняются (вторая стадия). В ходе дальнейшейадсорбции происходит постепенный рост размера и числа агрегатов, и они начинаютвзаимодействовать.
Это приводит к образованию сетки агрегатов на поверхности, и какследствие, к дальнейшему понижению поверхностного натяжения и резкому роступоверхностной упругости (третья стадия). Образование поверхностной пленки изфибриллярных агрегатов ведет к постепенному формированию сплошной поверхностнойфазы, имеющей, тем не менее, некоторые дефекты. В области концентраций выше ККА(≥ 1*10-5 M), адсорбция агрегатов из объема раствора приводит к формированиюбислойной или многослойной структуры адсорбционной пленки (четвертая стадия). Вэтом случае можно ожидать обмен веществом между слоями в ходе растяжения/сжатияповерхности. Такой релаксационный процесс сопровождается снижением поверхностнойупругости при увеличении концентрации ПАВ в растворе (рис.
IV.4). Наконец, в областиконцентраций выше ККМ практически все молекулы ДНК оказываются связанными вагрегаты в объеме раствора и поверхностные свойства определяются только свободнымимономерами ПАВ, что приводит к резкому уменьшению динамической поверхностнойупругости.Рис. IV.15.Схема процесса образования адсорбционного слоя105В случае растворов ДНК/ДТАБ максимальное значение динамической поверхностнойупругости оказывается примерно в два раза меньше. Это может быть связано суменьшением степени гидрофобности комплексов ДНК/ПАВ в результате уменьшениядлины углеводородного хвоста молекул ПАВ, и, следовательно, с образованием менеежесткой структуры в адсорбционной пленке.
С этим связан также сдвиг максимумаповерхностной упругости в область больших концентраций ПАВ (рис. IV.4). Всекинетические зависимости, полученные для растворов ДНК/ДТАБ имеют монотонныйхарактер и не содержат участков плато.IV.4. Влияние структуры ДНК на динамические поверхностные свойстварастворов комплексов ДНК/ЦТАБСтепень компактизации ДНК в комплексе с положительно заряженными агентами, атакже степень переноса такого комплекса через клеточную мембрану в значительнойстепени зависят от жесткости и длины полимерной цепи ДНК [18,79]. Плазмидная(кольцевая) ДНК способна более эффективно проникать в ядро клетки по сравнению слинейнойДНК,чтообусловленоменьшимразмераммолекулыименьшимотрицательном зарядом полимерной цепи [85].
Плазмиды обладают меньшимотрицательным зарядом вследствие замкнутой круговой, а часто и суперскрученнойконформации цепи и окружены более плотным облаком противоионов. Поэтому можнопредположить, что при образовании комплексов плазмидных ДНК с ПАВ гидрофобныевзаимодействия будут играть большую роль, чем электростатические. С целью проверкивлияния структуры молекулы ДНК на ее взаимодействие с катионным ПАВ на границежидкость/газ определялась динамическая поверхностная упругость растворов смесиЦТАБ и пДНК[227].Все растворы пДНК, как и растворы лДНК, готовились в буферном растворе10 мM Tris-HCl, содержащем 20 мM NaCl при pH=7.6.Поверхностное натяжение растворов пДНК/ЦТАБ практически не отличалось отзначений для растворов чистого ПАВ в широком диапазоне концентраций, что могло бысвидетельствовать об отсутствии каких-либо взаимодействий между компонентами(рис.
IV.16а). Однако образование комплексов пДНК/ЦТАБ приводит к изменениюконцентрационной зависимости динамической поверхностной упругости (рис. IV.16б).Действительная часть динамической поверхностной упругости для растворов со106временем жизни поверхности 300 минут немонотонно зависит от концентрации ЦТАБ. Вобласти локального максимума динамическая поверхностная упругость достигает~ 36 мН/м, что на 40% выше соответствующих значений для растворов чистого ПАВ(рис. IV.16б).75а7065, мН/м60555045ЦТАБ в Tris-HCl/NaClпДНК/ЦТАБлДНК/ЦТАБ403510-510-610-410-3СПАВ, М90б8070re, мН/м6050403020100-710-610-510-410-310СПАВ, МРис. IV.16. Зависимости поверхностного натяжения (а) и действительной части динамическойповерхностной упругости (б) от концентрации ЦТАБ для растворов ЦТАБ(треугольники), пДНК/ЦТАБ (круги) и лДНК/ЦТАБ (ромбы) буферном растворе 10мМ Tris-HCl/20 мМ NaCl107Важно отметить, что динамическая поверхностная упругость растворов ДНК/ПАВдостигает максимальных значений при одних и тех же концентрациях ПАВ независимоот структуры ДНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
