ВлиÑние водородных ÑвÑзей на кинетику криÑталлизации водных раÑтворов криопротекторных вещеÑтв
DOI:
https://doi.org/10.15407/cryo26.03.199Ключові слова:
кріопротекторний розчин, клаÑтерна криÑталізаціÑ, клаÑтерна чаÑтка, діаграма Ñтанів, ÑклуваннÑ, Ñтруктура, водневі зв’ÑзкиАнотація
У роботі вивчено залежноÑÑ‚Ñ– об'єму водних розчинів ДМСО та гліцерину різних концентрацій у процеÑÑ– Ñ—Ñ… Ð¾Ñ…Ð¾Ð»Ð¾Ð´Ð¶ÐµÐ½Ð½Ñ Ð´Ð¾ –150°С Ñ– подальшого Ð²Ñ–Ð´Ñ–Ð³Ñ€Ñ–Ð²Ð°Ð½Ð½Ñ Ð´Ð¾ 25°С. Показано, що в діапазоні вагових концентрацій кріопротекторних речовин 30–70% вказані залежноÑÑ‚Ñ– Ñ–Ñтотно відрізнÑÑŽÑ‚ÑŒÑÑ Ð½Ð° етапах Ð¾Ñ…Ð¾Ð»Ð¾Ð´Ð¶ÐµÐ½Ð½Ñ Ñ– подальшого відігріваннÑ. Ð’Ñтановлено, що в доÑліджуваному інтервалі концентрацій відбуваєтьÑÑ Ñ€Ñ–Ð·ÐºÐµ Ð·Ð±Ñ–Ð»ÑŒÑˆÐµÐ½Ð½Ñ Ð¾Ð±'єму розчинів гліцерину при Ñ—Ñ… нагріванні вище температури ÑÐºÐ»ÑƒÐ²Ð°Ð½Ð½Ñ Ñ–, навпаки, різке Ð·Ð¼ÐµÐ½ÑˆÐµÐ½Ð½Ñ Ð¾Ð±'єму розчинів ДМСО. Відзначено, що ці об'ємні ефекти добре вкладаютьÑÑ Ð² рамки уÑвлень про клаÑтерну криÑталізацію кріопротекторних розчинів, Ñкі враховують Ñлабку HB-взаємодію між компонентами. Ðа оÑнові отриманих результатів проведено аналіз Ñтруктури клаÑтерних чаÑток, Ñкі утворюютьÑÑ. Показано, що поверхневі шари з молекул кріопротекторної речовини, Ñкі оточують мікрокриÑтали льоду, можуть мати Ñк криÑталічну, так й аморфну Ñтруктуру. РозглÑнуто вплив цих відмінноÑтей на захиÑні влаÑтивоÑÑ‚Ñ– кріопротекторів.Посилання
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.
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Aleksandr I. Osetsky, Stanislav S. Sevastyanov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
