"Журнал технической физики"
Издателям
Вышедшие номера
Влияние электрического поля на структуру кристаллов ротовой жидкости
Ведмеденко Е.Ю.1, Курик М.В.1
1Луганский государственный медицинский университет, Луганск, Украина
Поступила в редакцию: 24 января 1997 г.
Выставление онлайн: 19 ноября 1997 г.

Многие биологические структуры образуют кристаллы макроскопических размеров [1]. Одна и та же биологическая среда может характеризоваться набором кристаллов различной морфологии и дефектности [2]. Причины полиморфизма кроются в полидисперсности материала по молекулярной массе и конфигурации макромолекул, а также наличии в субстрате упорядоченных макромолекулярных комплексов --- мицеллярных липопротеидов [2,3]. Кристаллооптические свойства таких структур существенно изменяются также в зависимости от условий кристаллизации, в частности от наличия внешнего электрического поля [3]. При этом данных о надмолекулярной структуре кристаллов, образующихся при кристаллизации сложных биологических сред, практически нет. И тем более не изучен вопрос о влиянии электрического поля на форму и структуру кристаллов. Целью настоящей работы явилось изучение пространственного строения кристаллов реального мицеллярного субстрата и влияние постоянного электрического поля на особенности кристаллизации. Объектом исследования явилась ротовая жидкость человека, которая содержит мицеллярные комплексы [4]. При обычной кристаллизации на твердой подложке ротовая жидкость образует фрактальные структуры [2,5]. При кристаллизации в электрическом поле кристаллы изменяют форму и становятся оптически активными [3]. Исследования надмолекулярной структуры кристаллов ротовой жидкости проводились при помощи рентгено-структурного анализа на аппарате ДРОН-2. Ротовая жидкость высушивалась в термостате при постоянных температуре и влажности. Для исследования образцов применялись рентгеновские лучи с длиной волны 1.542 Angstrem (медный электрод). Изучались образцы, закристаллизированные в виде плоской пленки без внешних воздействий и при постоянном воздействии электрического поля напряженностью E=20 V/sm. При взаимодействии образца с монохроматическим пучком рентгеновских лучей на фоне некогерентного аморфного гало появляются четкие рефлексы, соответствующие когерентному рассеянию без изменения длины волны. Полученные рентгенограммы характерны для образцов с нерегулярной структурой, содержащей аморфные и кристаллические области [6]. Для увеличения числа рефлексов образец вращали вокруг оси от 0 до 40o. Однако отчетливые рефлексы наблюдались только до углов скольжения, не превышающих 28o. Рентгенограммы использовали для расчета межплоскостных расстояний в кристаллах, степени кристалличности образцов и определения параметров ячейки. Степень кристаллизации ориентированных образцов в 1.8--2 раза превышает этот же показатель для неориентированных образцов. Набор межплоскостных расстояний индивидуален для каждого кристаллического вещества. Наиболее интенсивными и для ориентированных, и для неориентированных кристаллов ротовой жидкости явились линии, соответствующие межплоскостным расстояниям dhkl=6.94, 3.15 и 2.22 Angstrem. При этом относительные интенсивности этих пиков значительно различаются в образцах, подверженных воздействию электрического поля, и без него. Например, относительная интенсивность рефлекса, соответствующего dhkl=6.94 Angstrem, обработанного образца в 5--10 раз выше, а интенсивность пика, соответствующего dhkl=2.22 Angstrem, наоборот, в 4--6 раз меньше аналогичного рефлекса для необработанного образца. При этом интенсивность пика зависит от величины приложенного электрического поля. Углы скольжения Q, под которыми кристалл может отражать рентгеновские лучи, определяется межплоскостными расстояниями dhkl решетки. Эти значения в свою очередь зависят только от размеров ячейки и не связаны с расположением атомов в повторяющемся мотиве [6], т. е. два кристалла, имеющие ячейки одного типа и размеров, дают совершенно одинаковые рентгенограммы, даже если обладают разным химическим составом. Относительные же интенсивности I различных отражений hkl от плоскостей кристалла зависят от того, каким образом его составляющие отражаются от различных атомных решеток, из которых складываются суммарные отражения, интерферирующие друг с другом. Следовательно, набор интенсивностей отражений hkl зависит исключительно от расположения атомов в мотиве. Так как в нашем эксперименте при одинаковых dhkl в обработанных и необработанных образцах резко менялась интенсивность, можно сделать вывод, что кристаллизация под действием поля приводит к изменению расположения атомов в элементарной ячейке. В работе [2] исследовалась кристаллическая ячейка ротовой жидкости и указывалось на ее гексагональную структуру. Исходя из гексагональной системы, полученные рентгенограммы были проиндуцированы согласно известной графической методике [6]. При этом плоскость (001) соответствует рефлексу 6.94 Angstrem, т. е. гексагональная ячейка имеет параметры c=6.94 Angstrem, a=b=5.78 Angstrem. Период идентичности макромолекулярных полимеров, входящих в состав ротовой жидкости, находится в пределах от 1 до 6 Angstrem, в то время как число таких звеньев может доходить и до 102--104. Таким образом, размеры макромолекул даже во вторичной и третичной конформации значительно больше размеров ячейки. Однако это не означает, что в кристалл входят только молекулы неорганических и несложных органических веществ, так как для полимеров известно [7], что в ячейку входит, как правило, не вся макромолекула, а только несколько повторяющихся звеньев. Поэтому элементарная ячейка часто аналогична ячейке низкомолекулярных аналогов. Конформация звеньев в ячейке соответствует минимуму внутримолекулярной энергии и определяется силами внутримолекулярного взаимодействия и взаимодействия с внешними полями. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы. Кристаллы реальной биологической структуры, построенные из больших структурных элементов в несколько стадий, являются очень дефектными. В связи с этим обнаруживается определенная часть неупорядоченного вещества, которая является неотъемлимой частью реального кристалла. Кристаллизация биологических структур в электрическом поле приводит к упорядочению структурных элементов, увеличению степени кристалличности образца. При этом степень упорядочения зависит от напряженности электрического поля, а характер упорядочения определяется симметрией поля. Ротовая жидкость при высушивании образует макроскопические кристаллы с правильным огранением, обладающие гексагональной симметрией и параметрами ячейки a=b=5.68 Angstrem, c=6.94 Angstrem. Одна и та же макромолекула многократно входит в кристаллографические ячейки, поэтому четкой фазовой границы между кристаллической и неупорядоченной частями нет. При кристаллизации биологического субстрата в постоянном электрическом поле параметры кристаллической ячейки сохраняются, однако резко меняются относительные интенсивности отражений от плоскостей кристалла. Это свидетельствует об изменении конформации звеньев макромолекул в ячейке под действием поля.
  1. Лисиенко В.М., Запецкий Е.В., Кононенко Е.В., Минц Р.И. Экстракорпоральная жидкокристаллическая диагностика холецистита. Свердловск: Изд-во Уральского университета, 1989. 104 с
  2. Харченко С.В., Корнеева Г.А., Ветров А.А. // Изв. АН СССР. Сер. Биологическая. 1988. N 3. С. 450--455
  3. Ведмеденко Е.Ю., Кувичка И.Н., Курик М.В. // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17. Вып. 1. С. 48--50
  4. Комнатная Л.И. Белки слюны человека как липопротеиды // Тез. докл. I Всероссийская конф. мединститутов. М., 1957. С. 121
  5. Ведмеденко Е.Ю., Кувичка И.Н., Курик М.В. // Письма в ЖТФ. 1992. Т. 18. Вып. 5. С. 67--69
  6. Азаров Л., Бургер М. Метод порошка в рентгенографии. М.: ИЛ., 1961. 148 с
  7. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. М.: Химия, 1989. 432 с

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.