Диссертация (1150176), страница 12
Текст из файла (страница 12)
В области средних концентраций можно наблюдать процессперехода от адсорбционной пленки β-казеина к поверхностному слою ПНИПАМ вовремени.Если представить поверхностную упругость как функцию поверхностногодавления, можно заметить небольшой сдвиг первого максимума и более заметный сдвигвторого максимума в сторону более высоких поверхностных давлений (рис. 9).5040r , мН/м302010005101520253035 , мН/мРис. 9. Зависимости динамической поверхностной упругости от поверхностногодавления растворов смеси β-казеина (при фиксированной концентрации 0,004 мг/мл) иПНИПАМ с отношениями молярных концентраций (β-казеин/ПНИПАМ) ∞ (квадраты),50 : 1 (круги), 20 : 1 (снежинки), 10 : 1 (треугольники), 5 : 1 (звезды), 2 : 1 (ромбы), 1 : 1(пятиугольники), 1 : 5 (крестики).Эти результаты указывают на взаимодействие между β-казеином и ПНИПАМ вповерхностном слое.
Если бы компоненты не взаимодействовали, то образование βказеином петель и хвостов (вытеснение более гидрофильных частей молекулы β-казеинав дальнюю область поверхностного слоя) в области первого максимума должно было быпротекать при критическом значении поверхностного давления 9 мН/м, независимо отконцентрациирастворенныхвеществ.Увеличение63поверхностногодавления,соответствующее максимуму поверхностной упругости указывает на присутствиеполимера и возникающие вследствие этого затруднения при образовании петель ихвостов.Второйлокальныймаксимумсдвигаетсявсторону болеевысокихповерхностных давлений в большей степени, чем первый. Динамическая поверхностнаяупругость в области второго максимума увеличивается примерно в полтора раза длясоотношения компонентов 5:1.
В работе [41] появление данного максимума объясняетсявытеснением относительно гидрофобных частей молекулы β-казеина в дальнюю областьповерхностного слоя. Полученные результаты согласуются с этим предположением.Взаимодействие β-казеина с гидрофобными группами ПНИПАМ в области второгомаксимумаприводиткувеличениюкритическогоповерхностногодавления,соответствующего началу вытеснения более гидрофобных частей молекулы белка с 16мН/м до 19 мН/м (при молярном соотношении 5:1).
Одновременно структураповерхностного слоя становится более жесткой, что приводит к увеличениюповерхностной упругости.Слабоеуменьшениетретьегомаксимуманакинетическихзависимостяхповерхностной упругости (примерно на 20%) при добавлении β-казеина к растворуПНИПАМ указывает на то, что β-казеин все еще присутствует в поверхностном слоеспустя два часа от момента образования поверхности для раствора с соотношениемкомпонентов 5:1. Взаимодействие белка с ПНИПАМ меняет механические свойстваадсорбционной пленки.
Это подтверждает высокую чувствительность динамическойповерхностной упругости к конформационным переходам в поверхностном слое.Измерение этой величины позволяет определить детали механизма формированияадсорбционного слоя, недоступные при измерении только поверхностного натяжения.Дополнительную информацию о процессе вытеснения β-казеина из поверхностногослоя при увеличении концентрации ПНИПАМ можно получить с помощью методаатомно-силовой микроскопии после переноса адсорбционной пленки с воднойповерхности на поверхность слюды по методу Ленгмюра-Блоджет.
Как ПНИПАМ, так иβ-казеин адсорбируются необратимо на водной поверхности. Замена раствора смесибелок/полимер на чистый буферный раствор через 5 часов после начала адсорбции неприводит к заметным изменениям поверхностных свойств.64Морфология пленок, полученных для смешанных растворов ПНИПАМ/ β-казеинсущественно отличается от результатов для чистых растворов β-казеина (рис. 10A) иПНИПАМ (рис. 10Ж). Гетерогенность слоя существенно увеличивается даже принебольших добавках ПНИПАМ при соотношении β-казеин/ПНИПАМ 50:1, когдапоявляются области с большей толщиной. Высота соответствующих пиков (толщинапленки в области пиков) меняется от 3 до 7 нм, что выше соответствующих значенийдля пленок чистого β-казеина. Ширина пика составляет около 100 нм.
Количество пиковна единицу площади и их диаметр увеличиваются с увеличением концентрацииПНИПАМ. Размер доменов для пленок, полученных из растворов с молярнымсоотношением 10:1, существенно превышает 100 нм (рис. 10В). Количество доменов наединицу площади снова уменьшается при переходе к пленкам с молярнымсоотношением 5:1 и ниже (рис.
10Г). При последующем увеличении количестваПНИПАМ размер домена уменьшается (рис. 10Д, Е). После этого пики практическиисчезают, и поверхность становится менее шероховатой для пленок, полученных израстворов с молярным соотношением 1:5 и ниже (рис. 10Е). В этом случае морфологияпленок практически не отличается от соответствующей морфологии для пленок чистогоПНИПАМ (рис. 10Ж).К сожалению метод АСМ не позволяет получить информацию о составенаблюдаемых доменов, и интерпретация полученных изображений возможна только накачественном уровне.
Тем не менее, можно предположить, что наблюдаемые доменыобразуются за счет β-казеина, который вытесняет более поверхностно активнымполимером. Механизм вытеснения белка полимером существенно отличается отмеханизма вытеснения белка молекулами ПАВ [203]. Вероятно ПНИПАМ распределенболее равномерно внутри поверхностной пленки. Белок начинает вытесняться вподповерхностный слой с увеличением поверхностного давления из микрообластей, гдеего концентрация максимальна. В этом случае отдельные молекулы сохраняют контактс поверхностью и толщина поверхностной пленки увеличивается. Процесс вытесненияначинается при относительно низких концентрациях ПНИПАМ, когда поверхностноенатяжение и динамическая поверхностная упругость близки к значениям для чистого βказеина. Скорость процесса наиболее велика в промежуточной области, где65АБВГДЕЖРис.
10. Морфология пленок, полученных при переносе на поверхность слюдыадсорбционных пленок с поверхности растворов смеси β-казеина (при фиксированнойконцентрации 0,004 мг/мл) и ПНИПАМ с отношениями молярных концентраций (βказеин/ПНИПАМ) ∞ (A), 50 : 1 (Б), 10 : 1 (В), 5 : 1 (Г), 1 : 1 (Д), 1 : 5 (Е), чистыйПНИПАМ (Ж).66поверхностные свойства постепенно приближаются к поверхностным свойствамПНИПАМ. В этом случае количество доменов на поверхности максимально.Поверхностная концентрация доменов постепенно уменьшается с последующимувеличением концентрации ПНИПАМ, однако поверхностный слой все еще содержитбелок, даже в случае растворов с соотношением компонентов 1:1, когда всеповерхностные свойства определяются ПНИПАМ.67IV.
Динамические поверхностные свойства растворов смеси глобулярныхбелков и полиэлектролитовНедавно было показано, что процессы разрушения глобул белка в адсорбционнойпленке и образования дальней области поверхностного слоя (области петель и хвостов)могут быть исследованы с помощью дилатационной поверхностной реологии [26,196]. Вданном параграфе рассмотрено применение дилатационной поверхностной реологии крастворам комплексов глобулярный белок/полиэлектролит с целью оценки влияниявзаимодействия с полиэлектролитом на третичную структуру белков в поверхностномслое.IV.1.ДинамическиеповерхностныесвойствараствороврастворовсмесейкомплексовБСА/ПДАДМАХДинамическиеповерхностныесвойстваБСА/ПДАДМАХизмерялись как функция времени жизни поверхности и концентрации полиэлектролитапри концентрации БСА 8*10-5 мМ и четырех разных рН: 2,3, 3,8, 7 и 10,4,соответствующих четырем разным конформациям БСА в водном растворе.
Результаты,полученные при рН 2,3 и 3,8, а также при рН = 7 и 10,4 близки, поэтому нижеприведены только данные для рН = 2,3 и 7.В отличие от большинства синтетических полимеров, белки существенно изменяютповерхностное натяжение растворов.
В случае растворов ПДАДМАХ поверхностныесвойства начинают меняться только при концентрациях выше 3% масс. [178].Кинетические зависимости динамического поверхностного натяжения и динамическойповерхностной упругости близки к соответствующим зависимостям для растворовчистого белка в том случае, если рН раствора ниже значения изоэлектрической точкибелка и компоненты смеси одноименно заряжены (рис.
11, 12).Все зависимости динамической поверхностной упругости от поверхностногодавления совпадают в пределах погрешности (рис. 13), что указывает на то, чтополиэлектролит при данных условиях не оказывает существенного влияния наструктуру поверхностного слоя.687060r , мН/м50403020100050100150200250300t, минРис.
11. Кинетические зависимости действительной части динамической поверхностнойупругости растворов смеси БСА/ПДАДМАХ при рН=2,3 и концентрациях ПДАДМАХ:0 (квадраты), 2*10-3мг/мл (снежинки), 2*10-2мг/мл (круги).7270 , мН/м686664626058050100150200250300t, минРис. 12. Кинетические зависимости поверхностного натяжения растворов смесиБСА/ПДАДМАХ при рН=2,3 и концентрациях ПДАДМАХ: 0 (квадраты), 2*10-3мг/мл(снежинки), 2*10-2мг/мл (круги).697560r , мН/м453015005101520 , мН/мРис. 13. Зависимость действительной части динамической поверхностной упругости отповерхностного давления для растворов смеси БСА/ПДАДМАХ при рН=2,3 иконцентрациях ПДАДМАХ: 0 (квадраты), 2*10-3мг/мл (снежинки), 2*10-2мг/мл (круги).ПриболеевысокихрН(7и10,4)можноожидатьболеесильногоэлектростатического взаимодействия между противоположно заряженными белком иполиэлектролитом.
В этом случае на всех кинетических зависимостях динамическойповерхностной упругости смешанных растворов появляется локальный максимум (рис.14). В то же время, максимальное значение поверхностной упругости смешанныхрастворов совпадает в пределах погрешности с соответствующей величиной длярастворов чистого белка вблизи равновесия (примерно 75 мН/м).
Скорость измененияповерхностных свойств увеличивается с ростом концентрации полиэлектролита (рис. 14,15).ДинамическоеповерхностноенатяжениевсехсмешанныхрастворовБСА/ПДАДМАХ меньше соответствующих величин для растворов чистого белка вовсем рассмотренном временном интервале (рис. 15). Даже в том случае, когдаконцентрация полиэлектролита составляла всего 2*10-5 мг/мл, наблюдалось различие в4,5 мН/м после 5 часов с момента образования поверхности.70Зависимости динамической поверхностной упругости от поверхностного давлениясовпадают в пределах погрешности с соответствующими зависимостями для растворовчистого белка, но для растворов смеси белок/полиэлектролит удается достичь болеевысоких поверхностных давлений вплоть до ~ 20 мН/м (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
