Cтраница 2
Температуру максимума плотности гидрогелей, согласно Эльснеру фон Гронову13, определяет расширение при увеличении температуры. Эту зависимость можно, объяснить взаимодействием воды с материалом скелета, практически лишенным воды; например, в желатиновых гелях скелетом может быть почти лишенный воды, протеин. [16]
Несмотря на то, что количество гидратной воды составляет всего от 20 до 50 г на 100 г белка, количество воды, удерживаемой живой тканью, оказывается значительно больше. В мышцах и паренхиматозных органах на 20 - 30 % белка приходится в среднем 70 - 80 % воды, следовательно, на 100 г белка приходится 200 - 300 г воды. В желатиновых гелях и в тканях медузы отношение вода / белок значительно выше. Одно время считали, что эти большие количества воды связаны с белками, так как трудно было найти объяснение тому, что при дренировании мышц или других тканей свободная вода не вытекала наружу. Исследование органов и желатиновых гелей методами, описанными в предшествовавших разделах, доказало, однако, что большая часть этой воды является свободной. Она замерзает при той же самой температуре, что и обычная вода, обладает такой же растворяющей силой, и нет никаких указаний на то, что она связана с белковыми молекулами. [17]
Для удобства применения холинэстеразы иммобилизуют в полимерные пленки или гели. При этом существенно увеличивается устойчивость фермента к влиянию внешних факторов. Так, при иммобилизации холинэстеразы в желатиновый гель срок ее хранения составляет 2 - 3 года, а при непрерывной работе активность препарата падает на 20 % лишь через 10 дней. Наряду с повышением стабильности иммобилизация холинэстераз обеспечивает многократное использование препарата. Заметим, что при определении необратимых ингибиторов, например фосфорорганических пестицидов, повторное использование фермента в каждом случае требует специальных исследований. [18]
Белковые мембраны обладают по большей части анизотропными свойствами, тогда как желатиновые гели изотропны. Выше уже упоминалось, что для образования геля требуются поразительно малые количества белка. Так, например, можно приготовить твердые желатиновые гели, содержащие 97 - 98 % воды и только 2 - 3 % желатины. Столь же высокое содержание воды найдено в структурном веществе медуз. [19]
В первый момент нанесения подслоя существенную роль играет поверхностное натяжение на границе подслой - пленка, определяющее смачивание пленки и равномерность нанесения на нее подслоя. Затем происходит диффузия отдельных компонентов подслоя, активных по отношению к пленке, вызывающая ее набухание. Одновременно идет испарение органических растворителей из нанесенного подслоя; в результате подслой обогащается водой и образует на пленке тонкий слой желатинового геля, обеспечивающий тесный контакт с набухшей поверхностью пленки. [20]
Несмотря на то, что количество гидратной воды составляет всего от 20 до 50 г на 100 г белка, количество воды, удерживаемой живой тканью, оказывается значительно больше. В мышцах и паренхиматозных органах на 20 - 30 % белка приходится в среднем 70 - 80 % воды, следовательно, на 100 г белка приходится 200 - 300 г воды. В желатиновых гелях и в тканях медузы отношение вода / белок значительно выше. Одно время считали, что эти большие количества воды связаны с белками, так как трудно было найти объяснение тому, что при дренировании мышц или других тканей свободная вода не вытекала наружу. Исследование органов и желатиновых гелей методами, описанными в предшествовавших разделах, доказало, однако, что большая часть этой воды является свободной. Она замерзает при той же самой температуре, что и обычная вода, обладает такой же растворяющей силой, и нет никаких указаний на то, что она связана с белковыми молекулами. [21]
Для любого геля, в котором цепи связаны силами первичной валентности, можно ждать высокой степени стабильности. Поэтому превращение такого геля в золь при простом разбавлении, нагревании или механическом воздействии совершенно невозможно. Даже если гель образовался из золя, обратное его превращение в золь невозможно; он образовался необратимо. Так, например, типичный обратимый желатиновый гель может быть превращен в необратимое состояние, если его обработать формальдегидом. Несомненно, это происходит вследствие взаимодействия, которое имеет место между основными азотсодержащими группами с образованием стойких мостиков между цепями. Важнейшие необратимые гели - это неорганические; типичным их представителем является силикагель. [22]
Побочные валентные силы вызывают притяжение между частицами, которое, однако, не велико, особенно при наличии водных слоев, окружающих частицы в водных золях. Хотя эти силы и стремятся удержать вместе частицы, где бы ни произошло их соприкосновение, но одновременно существует дезагрегирующий эффект теплового колебания, что обнаруживается в броуновском движении. В случае желатины при температуре выше 30 С превалируют термические силы, и всякая связь, которая могла бы возникнуть при соприкосновении молекул желатины, оказывается не длительной. С понижением температуры стремление к термической дезагрегации понижается, и, поскольку межмолекулярное притяжение остается неизменным или даже может несколько возрастать, наступает момент, при котором раз возникшие межмолекулярные связи остаются постоянными. В случае коллоидных растворов более или менее линейных молекул высокого молекулярного веса, какими мы представляем себе молекулы желатины, это приводит к образованию переплетенной сетки из молекулярных нитей, достаточно прочной, чтобы придать всей массе значительную механическую жесткость. При таком объяснении становится ясным, почему структурная прочность желатинового геля быстро возрастает с понижением температуры, о чем свидетельствует положение порога текучести золей, из которых образуется гель. Дезагрегирующая роль теплового движения понижается, и потому возрастает притяжение, связывающее между собой молекулярные нити. Кривые рис. 5, построенные на основании определений, произведенных выше температуры застудневания, когда нельзя наблюдать никакого порога текучести, показывают, как и следовало ожидать, что эти молекулярные ассоциаты не исчезают сразу при переходе через точку застудневания, но существуют и при более высоких температурах, вызывая, как это видно из рисунка, быстрое изменение текучести с температурой. В случае агара ( рис. 6) этот эффект проявляется еще более резко. При таких температурах, когда стремление к застудневанию золя еще невелико ( скажем, несколько выше 30 С), только немногие из возникающих контактов молекул оказываются достаточно длительными, чтобы влиять на возникновение структуры. [23]