УДК 546.212:576.7

МАКЕТИРОВАНИЕ ПРИБОРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СВОБОДНОЙ ВОДЫ

В БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЯХ

© 1997 г. М. М. Махнач

Спроектирован и изготовлен макет прибора для определения степени гидратации биологической ткани. В его работе используется принцип нарушения аддитивности объема смеси вода-этанол. Прибор позволяет приводить исследуемый образец биологической ткани в контакт с этанолом в нужное исследователю время.

Возможность наблюдать и регистрировать нарушение аддитивности объема системы вода-этанол была подтверждена при проведении опытов с устройством описаным в [1]. Однако это устройство и результаты работы с ним не позволяли конкретизировать требования к отдельным элементам и техническим приемам работы в случае использования эффекта нарушения аддитивности системы вода-этанол для определения содержания воды в полимерах, а точнее - свободной воды в биологических тканях.

Авторы большинства работ, посвященных вопросам изучения структуры жидкой воды, высказывают мнение, что вблизи границы фазы, а также в местах контакта воды с другими веществами, особенно полимерами, структура молекул воды отличается от структуры молекул внутри объема. Например, при контакте с молекулами белка вода ассоциируется с полярными группами. Молекула белка окружается пограничным слоем незамерзающей воды. В [2] такая вода называется "связанной" в отличие от так называемой "свободной" - неассоциированной воды. Подобно процессу гидратизации ионов структура воды при контакте с белками по классификации В. Лука имеет: а) первый гидратизационный слой; б) второй гидратизационный слой, в котором структура воды несколько разупорядочена; в) псевдожидкую воду, имеющую структуру обычной воды. Различия между значениями энергии водородной связи в самой воде и связи между молекулой воды и амидной или гидроксильной группой невелики [3]. В зависимости от того, с каким веществом контактирует молекула воды, прослеживается иерархический ряд, в котором сила взаимодействия уменьшается в следующем порядке: ион-ион > вода-ион > вода-полярный центр = полярная группа-полярная группа = вода-вода > вода-гидрофобный центр [2]. В [4] также подчеркивается, что капля воды, имеющая свободную поверхность или контактирующая с гидрофобным соединением, имеет структуру сетки водородных связей в поверхностном слое существенно отличную от структуры сетки водородных связей в объеме капли.

Макетированием прибора для определения содержания свободной воды в биологических тканях предусматривалось решить следующие задачи:

• создать и опробовать устройство, позволяющее приводить исследуемый образец в контакт с этанолом в нужное исследователю время и регистрировать изменение объема системы с достаточной точностью (с относительной погрешностью измерения не более 15%);

• опытным путем выявить технические требования, которым должен соответствовать прибор при его подготовке к работе и эксплуатации, а именно: степень герметичности исследуемых и рабочих объемов, гарантированность исключения воздушных пузырьков из рабочей камеры, возможность компенсации колебаний температуры и давления окружающей среды (атмосферного воздуха), регистрация и обработка результатов измерений с помощью ЭВМ, графопостроителей и прочих устройств.

Спроектированное и изготовленное с учетом этих задач устройство (рис.1) описано в [5]. В герметично закрывающемся крышкой 1 корпусе 2 устанавливаются капсулы 3 (до 4 штук) с загерметизированными в них образцами материала, исследуемого на содержание воды. После заполнения рабочей камеры этанолом кулачковым механизмом 4,5, приводимым в действие электродвигателем 6 с редуктором 7, передается усилие на толкатели 8, которые поочередно прорывают мембраны капсул и таким образом приводят исследуемый образец в контакт с этанолом. В качестве чувствительного элемента использована металлическая мембрана 9, а измерительного устройства - многооборотный рычажно-зубчатый индикатор 10 с ценой деления 0,001 мм.

В ходе проведения опытов с макетом прибора были решены поставленные задачи, а также опробованы другие измерительные устройства: емкостные датчики, компенсаторная камера, графопостроители.

Рис. 1

ЛИТЕРАТУРА

1. Глотов В. А. Способ определения свободной воды в биологических тканях. - Патент РФ №2000570.
2. Роуленд С., Кунц И. Введение. /Вода в полимерах. Под редакцией С. Роуленда. - М: Мир, 1984.
3. Хеве Ч. Структура воды в полимерах. /Вода в полимерах. Под редакцией С. Роуленда. - М: Мир, 1984.
4. Стиллинджер Ф. Термические свойства диспергированной воды. /Вода в полимерах. Под редакцией С. Роуленда. - М: Мир, 1984.
5. Махнач М. М. Устройство для определения содержания свободной воды в биологических тканях. - Патент РФ №2089903.

Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Проект РФФИ №94-04-13544 и №96-04-50991).

Смоленский областной институт патологии

Поступила в редакцию 31.12.97.