СТУДНИ И ГЕЛИ Многие биологические

СТУДНИ И ГЕЛИ

• Многие биологические субстраты представляют собой гели – студни: мышечная, нервная, соединительная ткань, стекловидное тело, цитоплазма клеток и т. д. В настоящее время находят широкое применение контактные линзы, покрытия ран, системы доставки лекарств, искусственная кожа, материалы для реконструкции тканей, которые представляют собой гели (студни), полученные из синтетических пептидов, поливинилового спирта, глютарового альдегида, ПЭГ, фибрина, хитозана и др.

• Студни – многокомпонентные системы, состоящие из ВМВ и низкомолекулярной жидкости, с преобладающим содержанием последней, и проявляющие способность к высоким обратимым деформациям при практическом отсутствии текучести

• Гели – структурированные дисперсные системы, потерявшие текучесть • Понятие «гель» происходит от латинского «gelo» – «застываю»

• Переход раствора ВМВ в гель (студень) называют гелеобразованием или студнеобразованием • Студни (гели) могут быть получены двумя способами: а – ограниченным набуханием твердого ВМВ в низкомолекулярном растворителе; б – образованием студня из раствора ВМВ в низкомолекулярном растворителе в результате изменения температуры, с(ВМВ), добавлением р-ра электролитов, изменением состава растворителя, воздействием других факторов;

• Получение студня (геля) происходит вследствие образования структурной сетки полимера, пронизывающей весь объем системы и удерживающей растворитель Структура образуется за счет взаимодействия: • полярных групп; • противоположно заряженных ионизированных групп; • образование водородных связей; • гидрофобных взаимодействий; • образование химических связей;

H 2 O, t = 25ºC Желатин 10% р-р желатина в H 20

СТУДЕНЬ желатина в воде

• На застудневание влияют: – концентрация раствора; Например, студень агар-агара (смесь полисахаридов агарозы и агаропектина, получаемая путем экстрагирования из красных водорослей) при концентрации сухого вещества 0, 2%. Студень желатина при комнатной температуре образуется, если его концентрации не менее 10%. – изменение температуры; При 30º С р-р желатина застудневает, если его концентрация не менее 30 -45%. Р-р натурального каучука в гексане застудневает при T ≤ -41 º С. Понижение температуры, как правило, способствует застудневанию (исключение – нитрат целлюлозы в спирте и метилцеллюлоза в воде T↓ - способность к застудневанию ↓)

– присутствие электролитов; На застудневание полярных полимеров в воде оказывает влияние наличие электролитов. Сульфат > Цитрат > Тартрат > Ацетат > Вода > Хлорид > Нитрат > Бромид > Йодид > Роданид – p. H среды (в случае, если ВМВ является полиамфолитом); На застудневание растворов полиамфолитов (белков) оказывает влияние p. H среды. С наибольшей скоростью застудневание происходит при p. H = p. I – форма макромолекул и ее размеры; Растворы, содержащие цепные и разветвленные макромолекулы застудневают лучше, чем растворы, содержащие глобулярные биополимеры. С ростом молекулярной массы полимера способность к застудневанию возрастает.

СВОЙСТВА СТУДНЕЙ • Студням присуща механическая прочность и эластичность, которые зависят от числа межмолекулярных связей между макромолекулами.

F

• Диффузия в студни. Скорость диффузии НМС, в относительно разбавленные студни такая же, как и в чистый растворитель. В концентрированных студнях скорость диффузии уменьшается. Диффузия веществ, имеющих большой размер молекул, затрудняется, а иногда и вовсе невозможна, если размеры молекул больше, чем размеры ячеек студня.

• Периодические реакции (кольца Лизеганга) Интересное явление было описано в 1869 г. немецким химиком Лизегангом. Ag. NO 3 + (NH 4)2 Cr 2 O 7 Ag. Cr 2 O 7 ↓ + 2 NH 4 NO 3

Срез желчного камня. Внутри видны кристаллы холестерина, по периферии кольца Лизеганга.

СИНЕРЕЗИС – самопроизвольное выделение жидкости из студней(гелей), вызванное упорядочением пространственной структуры, сопровождающееся уменьшением объема студня с сохранением первоначальной формы Время

ТИКСОТРОПИЯ • Обратимый изотермический переход студня (геля) в раствор в результате механического воздействия

ГЕЛЬ-ХРОМАТОГРАФИЯ (ГЕЛЬ-ФИЛЬТРАЦИЯ) Способ разделения смесей веществ, основанный на различии молекулярных масс разделяемых веществ Молекула глюкозы Макромолекула полисахарида

1 2 3 4 5 6 7

Гель - фильтрация