ВлиÑние водородных ÑвÑзей на кинетику криÑталлизации водных раÑтворов криопротекторных вещеÑтв
DOI:
https://doi.org/10.15407/cryo26.03.199Ключевые слова:
криопротекторный раÑтвор, клаÑÑ‚ÐµÑ€Ð½Ð°Ñ ÐºÑ€Ð¸ÑталлизациÑ, клаÑÑ‚ÐµÑ€Ð½Ð°Ñ Ñ‡Ð°Ñтица, диаграмма ÑоÑтоÑний, Ñтеклование, Ñтруктура, водородные ÑвÑзиАннотация
Ð’ работе изучены температурные завиÑимоÑти объема водных раÑтворов ДМСО и глицерина разных концентра-ций в процеÑÑе их Ð¾Ñ…Ð»Ð°Ð¶Ð´ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð´Ð¾ –150°С и поÑледующего отогрева до 25°С. Показано, что в диапазоне веÑовых концентраций криопротекторных вещеÑтв 30–70% данные завиÑимоÑти ÑущеÑтвенно отличаютÑÑ Ð½Ð° Ñтапах Ð¾Ñ…Ð»Ð°Ð¶Ð´ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¸ поÑледующего отогрева. УÑтановлено, что в иÑÑледуемом интервале концентраций проиÑходит резкое увеличение объема раÑтво-ров глицерина при их нагреве выше температуры ÑÑ‚ÐµÐºÐ»Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¸, наоборот, резкое уменьшение объема отогреваемых раÑтворов ДМСО. Отмечено, что наблюдаемые объемные Ñффекты хорошо укладываютÑÑ Ð² рамки предÑтавлений о клаÑтерной криÑталлизации криопротекторных раÑтворов, учитывающих Ñлабое HB-взаимодейÑтвие между компонентами. Ðа оÑнове полученных результатов проведен анализ Ñтруктуры образующихÑÑ ÐºÐ»Ð°Ñтерных чаÑтиц. Показано, что поверхноÑтные Ñлои из молекул криопротекторного вещеÑтва, окружающие микрокриÑталлы льда, могут иметь как криÑталличеÑкую, так и аморфную Ñтруктуру. РаÑÑмотрено влиÑние Ñтих различий на защитные ÑвойÑтва криопротекторов.
Библиографические ссылки
Bevan O.J., Goates R.J., Lamb J.D. Solid-liquid phase equilibria in water + ethylene glycol. J Chem Thermodynamics 1972; 4 (1): 123–126. CrossRef
Bohon R.G., Conway W.T. DTA Studies of the glycerol-water system. Thermochim Acta 1972; 4 (3–5): 321–341. CrossRef
Boutron P., Kaufman A. Metastable states in the system water-ethanol. Existence of a second hydrate, curious properties. J Chem Phys 1978; 68 (11): 5032–5041. CrossRef
Boutron P., Kaufman A. Stability of the amorphous state in the system water-1,2-propanediol. Cryobiology 1979; 16 (6): 557–568. CrossRef
Cahn R.W., editor. Physical metallurgy. North-Holland Publishing Company, Amsterdam; 1970: 1333. PMID:PMC1930684
Cocks F.H., Brower W.E. Phase diagram relationships in cryobiology. Cryobiology 1974; 1 (4): 340–358. CrossRef
Friedel J, editor. Dislocations. Pergamon Press, Oxford; 1964.
Hochachka P.W., Somero G.W. Strategies of biochemical adaptation. Philadelphia; 1973.
Klimontovich Y. Statistical physics. Moscow: Nauka; 1982.
Landau L.D., Lifshitz E.M. Statistical physics. Moscow: Nauka; 1964.
Malsam J., Aksan A. Hydrogen bonding and kinetics/thermodynamics transitions of aqueous trehalose solutions at cryogenic temperature. J Phys Chem B 2009; 113 (19): 6792–6799. CrossRef PubMed
Osetsky A.I. Peculiarities of state diagrams of aqueous solutions of cryoprotective agents. Cryobiology 2009; 59 (2): 141–149. CrossRef PubMed
Osetsky A.I. Thermodynamic aspects of cluster crystallization in cryoprotective solution. CryoLetters 2011; 32 (3): 216–224.
Osetsky A.I. To theory of diagrams of state for cryoprotective solutions. Problems of Cryobiology and Cryomedicine 2014; 24 (2): 102–117.
Osetsky A.I., Kirilyuk A.L., Gurina T.M. On possible mechanism of damage in frozen-thawed biological objects due to pressure plastic relaxation in closed liquid phase inclusions. Problems of Cryobiology and Cryomedicine 2007; 17 (3): 272–282.
Osetsky A.I., Sevastianov S.S. Microvolumetric scanning tensodilatometer for biophysical studies. Science Rise 2015; 2 (7): 106–111.
Pagnotta S.E., McLain S.E., Soper A.K. et al. Water and trehalose: how much do they interact with each other. J Phys Chem B 2010; 114: 4904–4908. CrossRef PubMed
Rasmussen D.H., MacKenzie A.P. Phase diagram for the system water – dymethyl sulfoxide. Nature 1968; 220 (174): 1315–1317. CrossRef PubMed
Rasmussen D.H., Luyet B.J. Complementary study of some non-equilibrium phase transition in frozen solutions of glycerol, ethylene glycol, glucose and sucrose. Biodynamica 1969; 10 (220): 319–331.
Towey J.J., Soper A.K., Dougan L. Preference for isolated water molecules in a concentrated glycerol-water mixture. J Phys Chem B 2011; 115: 7799–7807. CrossRef PubMed
Towey J.J., Soper A.K., Dougan L. Molecular insight into the hydrogen bonding and microsegregation of a cryoprotectant molecule. J Phys Chem B 2012; 116: 13898–13904. CrossRef PubMed
Towey J.J., Soper A.K., Dougan L. What happens to the structure of water in cryoprotectant solutions? Faraday Discussions 2013; 167: 159–176. CrossRef PubMed
Zinchenko A.V., Mank V.V., Moiseyev V.A. et al. About phase transitions and physical states of water-propanediol system. DAN SSSR 1978; 240: P. 888–891.
Zinchenko A.V., Zinchenko V.D. On phase transitions in the water – ethylene glycol system at subzero temperatures under non-isothermal conditions. CryoLetters 2001; 22: 191–198.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2020 Aleksandr I. Osetsky, Stanislav S. Sevastyanov
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:
- Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
