Гели. Удельная вязкость

Содержание

Слайд 2

3. Удельная вязкость Удельная вязкость показывает возрастание относительной вязкости по сравнению

3. Удельная вязкость

Удельная вязкость показывает возрастание относительной вязкости по сравнению с

растворителем.

Вышеприведенная формула оказалась неприменима для растворов ВМС.
При неизменной концентрации ηуд для них увеличивается с ростом М .
Причина - макромолекулы оказывают относительно большее сопротивление потоку.

Слайд 3

Зависимость вязкости раствора желатина от рН среды. В изоэлектрической точке вязкость ВМС минимальна!! рI

Зависимость вязкости раствора желатина от рН среды.

В изоэлектрической точке вязкость ВМС

минимальна!!

рI

Слайд 4

4. Приведенная вязкость Учитывает влияние концентрации ВМС на взаимодействие между молекулами

4. Приведенная вязкость

Учитывает влияние концентрации ВМС
на взаимодействие между молекулами

Приведенная вязкость

раствора полимера не должна зависеть от концентрации, однако у большинства из них она возрастает с увеличением концентрации в результате взаимодействия макромолекул
Слайд 5

5. Характеристическая вязкость Поскольку ηпривед зависит от концентрации ВМС, приходится вводить

5. Характеристическая вязкость

Поскольку ηпривед зависит от концентрации ВМС, приходится вводить еще

одну величину - ηхар (собственную или характеристическую вязкость), которую получают путем экстраполяции на нулевую концентрацию.

Зависимость приведенной вязкости от концентрации C полимера:
1 – раствор с приведенной вязкостью, не зависящей от С;
2 – раствор, приведенная вязкость которого увеличивается с ростом С.

Отражает вязкость идеального раствора ВМС, когда отсутствует взаимодействие между молекулами.

Слайд 6

Дальнейшие исследования показали, что уравнение Штаудингера описывает лишь предельный случай, выполняющийся

Дальнейшие исследования показали, что уравнение Штаудингера описывает лишь предельный случай,

выполняющийся в отсутствие взаимодействия между макромолекулами и при их предельном выпрямлении.

Штаудингер установил зависимость характеристической вязкости вязкости раствора от молекулярной массы полимера

К - постоянная для всего
полимергомологического ряда,
определяемая криоскопически в растворах низших его членов.

Герман Штаудингер
(23.03 1881 – 8.09.1965)
Нобелевская премия по химии (1953) «за исследования в области химии высокомолекулярных веществ»

Слайд 7

Величина α зависит от формы макромолекул ( 0.5 В общем случае,

Величина α зависит от формы макромолекул ( 0.5< α <1).
В

общем случае, с увеличением жесткости макромолекул величина α приближается к 1.
Для жестких (палочки) полимеров α=1, приведенная вязкость перестает зависеть от формы макромолекул,
и уравнение переходит в уравнение Штаудингера.

Учитывает взаимодействие макромолекул и изменения константы К
(экспериментально определяемой для макромолекул разной длины)

Уравнение Марка-Куна-Хаувинка

Слайд 8

Для глобулярных белков, форма которых близка к шарообразной, показатель α составляет


Для глобулярных белков, форма которых близка к шарообразной, показатель

α составляет около 0.5 (миоглобин).
Для молекул с конформацией беспорядочного клубка, показатель степени возрастает.
Слайд 9

Характеристическая вязкость используется для определения молекулярной массы ВМС Рис._. Зависимость приведённой вязкости растворов ВМС от концентрации.

Характеристическая вязкость используется
для определения молекулярной массы ВМС

Рис._. Зависимость приведённой вязкости

растворов ВМС от концентрации.
Слайд 10

6. Аномальная вязкость (зависит от давления) Для растворов высокополимеров и коллоидов

6. Аномальная вязкость (зависит от давления)

Для растворов высокополимеров и коллоидов

с анизометрическими частицами значение вязкости уменьшается с увеличением давления, под которым происходит течение жидкости. С увеличением давления частицы ориентируются по направлению потока, оказывая меньшее сопротивление.

NB!!!
Вязкость растворов ВМС падает с ростом температуры вследствие затруднения образования структур.
Добавление минеральных веществ значительно повышает их вязкость.

Слайд 11

Сравнение свойств растворов ВМС и свойств золей

Сравнение свойств растворов ВМС и свойств золей

Слайд 12

Слайд 13

Агрегативная устойчивость. Нарушение агрегативной устойчивости. Высаливание. Коацервация

Агрегативная устойчивость.
Нарушение агрегативной устойчивости.
Высаливание. Коацервация

Слайд 14

Высаливание Нарушить устойчивость растворов полимеров можно путем понижения растворимости ВМС –

Высаливание

Нарушить устойчивость растворов полимеров можно путем понижения растворимости ВМС –

введением электролитов или неэлектролитов (жидкостей, плохо растворяющих данный полимер - этанол, ацетон).
Высаливание - обратимый процесс осаждения ВМС из раствора при добавлении высоко концентрированных растворов электролитов
Слайд 15

Причина - дегидратация молекул ВМС. Порог высаливания – минимальная концентрация электролита,


Причина - дегидратация молекул ВМС.
Порог высаливания – минимальная концентрация электролита,

при которой наступает осаждение полимера.
Внешне процесс сходен с коагуляцией, однако требует большей концентрации электролита, не подчиняется правилу Шульце–Гарди и является обратимым процессом!!!
Слайд 16

Максимальный высаливающий эффект вызывают первые члены лиотропных рядов: SO42– > Cl–

Максимальный высаливающий эффект вызывают первые члены лиотропных рядов:
SO42–

> Cl– > NO3–> Br– > I– > CNS–.
Li+> Na+> К+ > Rb +> Cs+.

Последние члены лиотропного ряда анионов препятствуют высаливанию, поскольку адсорбируются на молекулы ВМС, привнося собственную гидратную оболочку!

Слайд 17

Высаливание имеет большое практическое значение в целом ряде технологических процессов: в

Высаливание имеет большое практическое значение в целом ряде технологических процессов:


в мыловарении, в производстве красителей, канифоли и многих искусственных волокон.

Процесс высаливания (в комбинации с растворителями и температурой) позволяет выделить из сыворотки крови
до 12 различных белков!

Некоторые белки обладают стойкостью к высаливанию. При посолке мяса или рыбы в рассол переходят значительные количества белковых веществ, которые остаются в нем в состоянии прочной взвеси и золя. Такая высокая стойкость объясняется их особо сильной гидратацией.

К.Петров-Водкин
«Натюрморт»

Слайд 18

Денатурация Денатурация связана с определенными структурными изменениями самой молекулы белка, протекающими

Денатурация

Денатурация связана с определенными структурными изменениями самой молекулы белка, протекающими

без разрыва внутренних пептидных связей.

- необратимое нарушение устойчивости белка при нагревании, действия спирта, лучистой энергии, концентрированных кислот и щелочей, связанное с резким уменьшением растворимости белка в воде.

При денатурации происходит раскручивание цепей. Освобождающиеся концевые группы образуют межмолекулярные связи, вследствие чего происходит коагуляция белка.

Слайд 19

Тепловая денатурация происходит только в присутствии воды. Процесс тепловой денатурации необратим,

Тепловая денатурация происходит только в присутствии воды.
Процесс тепловой денатурации

необратим, белки утрачивают способность к набуханию.

При нагревании сухого яичного белка до 100 °С
денатурации не происходит!

Слайд 20

Добавление к раствору белков некоторых веществ, например сахарозы, в значительной мере

Добавление к раствору белков некоторых веществ, например сахарозы,
в значительной мере

предохраняет их от денатурации.

Изменение формы полипептидной цепи при переходе белка из нативного (а) состояния через промежуточное (б)
к денатурированной форме (в)

Слайд 21

Коацервация - процесс самопроизвольного расслоение на две несмешивающиеся фазы в растворах

Коацервация

- процесс самопроизвольного расслоение на две несмешивающиеся фазы в растворах с

достаточно высокой концентрацией ВМС.
Одна фаза представляет собой концентрированный раствор полимера- коацерват, другая - разбавленный раствор полимера.
Слайд 22

Схема коацервации: а — образование первичной ультрамикроскопической капельки из гидратированных макромолекул;

Схема коацервации:
а — образование первичной ультрамикроскопической капельки из гидратированных макромолекул;
б —

вторичная капелька из «роя» первичных;
в — расслоение раствора с коацерватом наверху
Слайд 23

Неэлектролиты, особенно летучие, легко проникают сквозь клеточные мембраны и, структурируя вокруг

Неэлектролиты, особенно летучие, легко проникают сквозь клеточные мембраны и, структурируя

вокруг себя «рыхлую» воду, способствуют дегидратации молекул биосубстратов, включая те, из которых построены рецепторы.

Введение анестетиков приводит к коацервации с появлением новой границы раздела вокруг рецептора, служащей препятствием для диффузии катионов калия и натрия, необходимых для передачи нервного импульса от рецептора данной клетки к клеткам мозга.

Явление коацервации лежит в основе анестезии.

Слайд 24

Коацервация является процессом самоорганизации и структурирования органических веществ в водной среде

Коацервация является процессом самоорганизации и структурирования органических веществ в водной

среде в самостоятельную фазу

Самопроизвольное образование коацерватов в мировом океане лежит в основе гипотезы А.И.Опарина (1922) о происхождении жизни.

Процессу коацервации способствует высокая концентрация ВМС, введение в раствор электролитов или неэлектролитов, низкая температура, изменение рН среды, а также воздействие различных полей.

Слайд 25

Коацервацию используют в фармацевтической практике при микрокапсулировании ! Лекарство измельчают в

Коацервацию используют в фармацевтической практике при
микрокапсулировании !
Лекарство измельчают

в растворе полимера, а затем вызывают образование мелких капель коацервата. Для этого охлаждают или изменяют кислотность, частично испаряют растворитель или вводят высаливатель. Капли оседают на поверхности капсулируемых частиц.

В научных исследованиях микрокапсулы используются как модель живой клетки.

Микрокапсулирование способствует устойчивости и увеличению длительности (пролонгации) действия лекарств.

Слайд 26

Спасибо за внимание!

Спасибо за внимание!

Слайд 27

Граф структуры

Граф структуры

Слайд 28

Гели (студни) – коллоидные системы, утратившие текучесть вследствие образования внутренних структур

Гели (студни) – коллоидные системы, утратившие текучесть вследствие образования внутренних

структур
(частичная потеря агрегативной и кинетической устойчивости).
Слайд 29

Классификация ксерогелей По отношению к высушиванию ксерогели делятся на 2 типа:

Классификация ксерогелей

По отношению к высушиванию ксерогели делятся на 2 типа:
1.Хрупкие гели
2.

Эластичные гели (студни)

Хрупкие гели
Хрупкие гели образуются коллоидными частицами SiO2, TiO2, SnO2, Fe2O3, V2O5 и
имеют сильнопористую структуру с множеством узких жестких капилляров диаметром около 20-40 Å.
При впитывании жидкости объем их практически не изменяется.

Слайд 30

Эластичные гели (студни) Эластичные гели (студни) образуются цепными молекулами желатина, агар-агара,

Эластичные гели (студни)
Эластичные гели (студни) образуются цепными молекулами желатина, агар-агара, каучука

.
Поглощают только те жидкости, которые сходны с ними по своему химическому составу или в которых вещество студня может существовать виде жидкого раствора.
Поглощение жидкости эластичным студнем сопровождается сильным увеличением объема.
Слайд 31

Слайд 32

Способы получения 1.Желатинирование (гелеобразование) (золь → гель) 2.Застудневание (раствор ВМС →

Способы получения
1.Желатинирование (гелеобразование) (золь → гель)
2.Застудневание (раствор ВМС → эластический студень)
3.Ограниченное

набухание (полимер → эластический студень)
Слайд 33

Процесс желатинирования (гелеобразования) - превращение жидкой коллоидной системы в твердообразную, причем

Процесс желатинирования (гелеобразования) - превращение жидкой коллоидной системы в твердообразную,

причем дисперсная фаза и дисперсионная среда не разделяются.

Схема объединения частиц различной формы

при коагуляции

при желатинировании

Слайд 34

Застудневание -процесс образования эластичных гелей – студней – в результате возникновения

Застудневание
-процесс образования эластичных гелей – студней – в результате возникновения внутренних

структур.
Факторы, влияющие на застудневание
1. Природа ВМС
2. Температура
3. Концентрация
4. Добавление электролитов (лиотропный ряд)
5. Кислотность раствора - рН
Слайд 35

Факторы, влияющие на застудневание 1. Природа ВМС наименьшее количество среднее количество

Факторы, влияющие на застудневание

1. Природа ВМС

наименьшее
количество

среднее
количество

наибольшее
количество

Количество вещества, необходимое для

построения каркаса в данном объеме

Застудневание при различных концентрациях:
- глютин - 5% - золь кремневой кислоты - 3-6%
- агар - 0,1-0,2% - золь СаGеО3 - 0,065%

Слайд 36

Глютин застудневает: при 20oС в 5%-ном растворе, при 0°С – в

Глютин застудневает:
при 20oС в 5%-ном растворе,
при 0°С –

в 0.25% растворе
(в 20 раз меньшей концентрации!)
Повышение температуры препятствует студне- и гелеобразованию.
Нагревание студня 10%-ного желатина переводит его в легкотекучую жидкость.

2. Температура

Понижение температуры способствует
студне- и гелеобразованию.

Слайд 37

Можно приготовить золи кремневой кислоты, которые превращаются в гели только за

Можно приготовить золи кремневой кислоты, которые превращаются в гели только за

много недель и даже месяцев.
Структурообразование в некоторых системах продолжается и после того, как образовался гель или студень, что подтверждается постепенным повышением прочности и эластичности полученного геля или студня.

2. Температура
В зависимости от времени застудневания золи постепенно становятся все более и более вязкими, трудно текучими и, наконец, превращаются в твердообразные гели.

Слайд 38

3. Концентрация Повышение концентрации вещества способствует застудневанию В концентрированных системах уменьшается

3. Концентрация
Повышение концентрации вещества способствует застудневанию
В концентрированных системах уменьшается

расстояние между частицами и макромолекулами, благодаря чему увеличивается число столкновений частиц и облегчается образование структур за счет их сцепления активными центрами.

Физическое состояние геля SiO2
3% - желе
8% - плотный, можно резать ножом
14% - вполне твердый
22% - можно растереть в порошок

Слайд 39

4. Добавление электролитов (действует прямой лиотропный ряд) Ионы, стоящие в начале

4. Добавление электролитов
(действует прямой лиотропный ряд)

Ионы, стоящие в начале

ряда, ускоряют застудневание;
Ионы, стоящие в конце ряда, замедляют его.
Слайд 40

Слайд 41

5. Кислотность раствора - рН Застудневание максимально в изоэлектрической точке. Советы

5. Кислотность раствора - рН
Застудневание максимально в изоэлектрической точке.

Советы

повару:
Не жалеем мяса
(в крайнем случае – добавляем желатин!)
2. Не забываем посолить
(влияние лиотропного ряда!)
Добавляем немного уксуса или лимонной кислоты
(изоэлектрическая точка белков находится в слабокислой среде)
Застудневание ведем на холоду
Слайд 42

Набухание процесс проникновения растворителя в полимерное вещество, сопровождаемый увеличением объема и

Набухание

процесс проникновения растворителя в полимерное вещество, сопровождаемый увеличением объема и массы.
или

процесс избирательного поглощения растворителя…
Слайд 43

Высокомолекулярные вещества, набухая, образуют эластичные студни, а в их растворах могут

Высокомолекулярные вещества, набухая, образуют эластичные студни, а в их растворах

могут развиваться структурные сетки, приводящие к отвердению растворов – образованию студней.

Молекулярная сеть (цитоскелет) гиалоплазмы

Слайд 44

Явления, сопровождающие набухание: 1.Увеличение объёма и массы набухшего геля 2.Теплота набухания. 3.Давление набухания

Явления, сопровождающие набухание:
1.Увеличение объёма и массы набухшего геля
2.Теплота набухания.
3.Давление набухания

Слайд 45

Объём набухающего студня может в десятки раз превосходить собственный объем полимера.

Объём набухающего студня может в десятки раз превосходить собственный объем полимера.

Слайд 46

mо — начальная масса, Vo — начальный объем полимера, m —

mо — начальная масса,
Vo — начальный объем полимера,
m

— масса,
V — объем набухшего образца.

Количественно набухание измеряется степенью набухания:

Слайд 47

Эбониты (сильно вулканизированные резины) практически не набухают в бензоле. Желатин набухает

Эбониты (сильно вулканизированные резины) практически не набухают в бензоле.
Желатин набухает

ограниченно в холодной воде.
Каучуки (резины) ограниченно набухают в бензине.

Добавление горячей воды к желатину или бензола к натуральному каучуку приводит к неограниченному набуханию (растворению) этих полимеров.

Слайд 48

Влияние рН ра набухание (1) и коагуляцию (2) желатина По степени

Влияние рН ра набухание (1)
и коагуляцию (2) желатина

По степени набухания

можно определить ИЭТ белка!

Набухание минимально в изоэлектрической точке белка!

Слайд 49

В основе процесса набухания лежит гидратация (сольватация) макромолекулярных цепей. На первом

В основе процесса набухания лежит гидратация (сольватация) макромолекулярных цепей.
На

первом этапе набухания выделяется теплота набухания , -ΔH.

Теплота набухания

Слайд 50

k и п - константы, зависящие от природы ВМС и растворителя;

k и п - константы, зависящие от природы ВМС и растворителя;


с - концентрация сухого ВМС в набухающем студне.

При набухании возникает давление набухания, достигающее иногда сотен мегапаскалей.
Уравнение Позняка

Давление набухания

Слайд 51

Слайд 52

Факторы,влияющие на набухание. полярность растворителя и полимера температура рН раствора время набухания лиотропные ряды

Факторы,влияющие на набухание.
полярность растворителя и полимера
температура
рН раствора

время набухания
лиотропные ряды
Слайд 53

Влияние лиотропных рядов Li+ > Na+ > K+ > Rb+ >

Влияние лиотропных рядов

Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+.

Первые члены лиотропного ряда препятствуют набуханию
(поскольку сами имеют большую степень гидратации)
Ионы, начиная с NO3–, адсорбируются на молекулы ВМС, привнося собственную гидратную оболочку, что значительно способствует процессу набухания.
Слайд 54

Свойства гелей 1. Электропроводность высока Растворитель в геле образует, по существу,

Свойства гелей

1. Электропроводность высока
Растворитель в геле образует, по существу, непрерывную

среду, в которой могут передвигаться ионы различных электролитов.
Гель агар-агара, содержащий KCl, используется как электролитический ключ в гальванических элементах.

KCl применяется , поскольку подвижности ионов К+ и CI- одинаковы и диффузионный потенциал практически равен нулю.

Слайд 55

2. Контракция Объем набухшего геля меньше суммы объемов геля до набухания

2. Контракция

Объем набухшего геля меньше суммы объемов геля до набухания и

поглощенной им жидкости.

Причина - часть поглощенной жидкости связана с молекулами набухшего вещества и находится в более уплотненном (структурированном) состоянии, чем свободная жидкость.

большей плотностью;
пониженной температурой
замерзания (до –15°С и ниже);
потерей растворяющей
способности.

Структурированная
вода обладает

Слайд 56

Связанная вода присутствует в почве, растениях, во всех живых организмах и

Связанная вода присутствует в почве, растениях, во всех живых организмах

и обеспечивает морозоустойчивость, поддерживает «водные запасы», определяет морфологические структуры клеток и тканей.

В настоящее время развиваются представления о существовании «жидкокристаллических» фаз как основы многих жизненно важных процессов

Структура воды в организме приближается к структуре переохлажденной воды
(талая, «живая» вода).

Слайд 57

В соответствии с теорией Л.Полинга изменение свойств гидратных комплексов под действием

В соответствии с теорией Л.Полинга изменение свойств гидратных комплексов под действием

анестетиков
приводит к наркозу.
Аналогичный эффект может быть достигнут простым охлаждением организма.

Доля связанной воды у младенца ~70%
и снижается к старости до 40 %.

Слайд 58

3. Тиксотропия – процесс обратимого перехода геля в золь при резком

3. Тиксотропия

– процесс обратимого перехода геля в золь при резком механическом

воздействии.

Резкое механическое воздействие на гель приводит к его разжижению.

Слайд 59

В живых системах тиксотропия наблюдается при сотрясении мозга. Поскольку процесс обратим,

В живых системах тиксотропия наблюдается при сотрясении мозга.
Поскольку процесс обратим, в

состоянии покоя исходные структуры восстанавливаются.

Тиксотропные свойства приписывают таким сложным физиологическим структурам, как протоплазма и мускулатура.

Слайд 60

4. Диффузия в гелях В 10%-ном студне желатина коэффициент диффузии электролитов

4. Диффузия в гелях

В 10%-ном студне желатина коэффициент диффузии
электролитов

снижается по сравнению с чистой водой в 2 раза,
в 30%-ном студне - в 9 раз.

Чем выше концентрация геля, тем меньше скорость диффузии.
Причина - в концентрированном геле резко возрастает извилистость пути, который должна совершать диффундирующая частица.

Слайд 61

5. Кристаллизация в гелях Рост кристаллов внутри студней протекает путем медленной

5. Кристаллизация в гелях

Рост кристаллов внутри студней протекает путем медленной

диффузии, поэтому в студнях удается выращивать очень крупные кристаллы.
В студне кремниевой кислоты удалось вырастить кристаллы меди, серебра и золота величиной 3 мм!
Слайд 62

6. Ритмические реакции (кольца Лизеганга) Ритмические отложения в агате Волнообразное распределение

6. Ритмические реакции
(кольца Лизеганга)

Ритмические отложения
в агате

Волнообразное распределение
диффузионных

колец в геле

Отсутствие конвекционных потоков и перемешивания придает реакциям в студнях своеобразный характер - в различных участках студня реакции проходят независимо друг от друга.
Если один из продуктов реакции - нерастворимое вещество, вместо образования осадка по всему объему в студне будут наблюдаться явления периодического осаждения - кольца Лизеганга

Слайд 63

Чем дальше к периферии чашки или ближе к дну пробирки, тем

Чем дальше к периферии чашки или ближе к дну пробирки, тем

чередование дисков или колец становится более редким из-за постепенного уменьшения концентрации AgNO3

Периодические осадки Ag2Cr2O7 (а, в) и Mg(OH)2 (б)

Слайд 64

K2Cr2O7 + 2AgNO3 → Ag2Cr2O7 + 2KNO3 Раствор соли нитрата серебра

K2Cr2O7 + 2AgNO3 → Ag2Cr2O7 + 2KNO3
Раствор соли нитрата серебра

диффундирует внутрь геля,
где и образует осадок Ag2Сr2O7
(ПР < ПИ)
В зону выпадения осадка диффундирует К2Сr2O7 из нижнего слоя, поэтому при дальнейшем движении AgNO3 попадает в зону с недостаточной концентрацией К2Сr2O7, и осадка не образуется
(ПР > ПИ)
Слайд 65

Формирование колец Лизеганга.

Формирование колец Лизеганга.

Слайд 66

Экспериментально полученные кольца Лизеганга.

Экспериментально полученные кольца Лизеганга.

Слайд 67

Загадочные узоры, напоминающие одно из направлений в изобразительном искусстве Японии -

Загадочные узоры, напоминающие одно из направлений в изобразительном искусстве Японии -

Укиё-э, являются интересным примером самоорганизации кристаллов сульфата марганца.
Слайд 68

Кольца Лизеганага в структуре агата

Кольца Лизеганага в структуре агата

Слайд 69

Периодические реакции лежат в основе ряда биологических процессов: генерации нервных импульсов,

Периодические реакции лежат в основе ряда биологических процессов: генерации нервных

импульсов, мышечного сокращения, генерации биоритмов, образования почечных и других камней.

Ритмические отложения в тканях животных организмов

Обызвествленный
туберкулезный очаг в легком

Почечный камень
(в центре - урат, снаружи - скорлупа из фосфата)

Слайд 70

Почечные камни различного состава и формы

Почечные камни различного состава и формы

Слайд 71

Периодические реакции и окраска животных

Периодические реакции и окраска животных

Слайд 72

7. Иммунодиффузия в гелях. Диффузионные качества гелей используются для электрофореза белков.

7. Иммунодиффузия в гелях.
Диффузионные качества гелей используются для электрофореза белков.

Особенно чувствительными в процессе диффузии в агаровом геле получаются реакции осаждения (преципитации) при взаимодействии белковых фракций (антигенов) с соответствующими антисыворотками (антителами).
Метод Оухтерлони
(определение идентичности двух антигенов в агаровом геле)

а – идентичные
антигены;

б – различные
антигены

в – частичная
идентичность
(«родственность»).

Слайд 73

8. Синерезис - необратимый процесс,сопровождающий старение геля. Сопровождается упорядочением структуры с

8. Синерезис - необратимый процесс,сопровождающий старение геля.
Сопровождается упорядочением структуры

с сохранением первоначальной формы, сжатием сетки и выделением из нее растворителя.

Система
до синерезиса

Cистема после синерезиса

Слайд 74

Синерезис в живых организмах

Синерезис в живых организмах

Слайд 75

Слайд 76

1950 г. 1957 г. 2014 г.

1950 г.

1957 г.

2014 г.

Слайд 77

Процессы набухания играют важную роль: 1. В кожевенном производстве, производстве изделий

Процессы набухания играют важную роль:
1. В кожевенном производстве, производстве изделий из

глины.

Значение гелей в промышленности

Слайд 78

3. В производстве товаров народного потребления: (вискозный и ацетатный шелк, искусственная

3. В производстве товаров народного потребления:
(вискозный и ацетатный шелк, искусственная


кожа, резиновые изделия, пластики )

2. В производстве продовольственных товаров.
(хлеб, мясо, сыр, творог, простокваша, мармелад, джем, желе, студень, кисель - типичные студни)

Слайд 79

2. Семена растений, попадая во влажную среду, сначала набухают, а затем

2. Семена растений, попадая
во влажную среду, сначала набухают, а затем

прорастают.

1. Почвенные коллоиды, находящиеся в состоянии гелей, обусловливают набухание почв.
При увлажнении объем почвы увеличивается, при высушивании – уменьшается, образуя трещины (ксерогель)

Значение гелей в сельском хозяйстве

Слайд 80

Сефадекс представляет декстран с пористыми гранулами, внутрь которых могут проникать различные

Сефадекс представляет декстран с пористыми гранулами, внутрь которых могут проникать различные

вещества.

Гельфильтрация

Схема гельфильрации (крупные молекулы белка продвигаются по колонке быстрее)

Зависимость расстояния, проходимого белком в тонком слое геля, от молекулярной массы

Значение гелей при химических анализах

Слайд 81

1. Гели прекрасно охлаждают кожу. Разработаны специальные кремы и гели, которые

1. Гели прекрасно охлаждают кожу. Разработаны специальные кремы и гели, которые

замедляют рост волос после депиляции

Значение гелей и кремов в косметологии

Идеальное средство после депиляции - препараты с биологически активными веществами, которые расслабляют кожу и оказывают антисептическое действие.

Слайд 82

2. Грязевые ванны

2. Грязевые ванны

Слайд 83

1. Распределение воды и ионов между соединительной тканью и клетками определяется

1. Распределение воды и ионов между соединительной тканью и клетками определяется

чередованием процессов набухания и обезвоживания
2. Живые организмы - студни различной степени оводнения.
Тело медузы -живой студень, содержащий до 90% воды.
Роговая ткань содержит 0.2-0.6% воды.
Высушивание куска студенистого тела медузы уменьшает объем и вес в десятки раз, а объем и вес высушенного рогового вещества практически не меняются
Набухание тканей растительных и животных организмов связано с наличием в их составе клетчатки, крахмала, белков.
Количество поглощаемой воды тканями зависит от возраста: чем моложе организм, тем сильнее выражено набухание

Значение гелей в живых организмах

Слайд 84

3. Набухание и обезвоживание коллоидов в организме связано с изменением рН

3. Набухание и обезвоживание коллоидов в организме связано с изменением рН

в тканях
(воспаления, образование отеков при проникновении кислых жидкостей в ткани, при ожоге кожи крапивой, при укусах насекомых)

4. Нарушение обмена веществ между клеткой и окружающей средой при старении приводит к синерезису
(вследствие снижения проницаемости клеточных мембран и цитоплазмы)

Слайд 85

5. Упругость и эластичность костей существует благодаря входящему в них студню

5. Упругость и эластичность костей существует благодаря входящему в них

студню - оссеину.

Кости становятся к старости более хрупкими из-за роста содержания в них твердых минеральных веществ.
Маленькие дети часто падают, не причиняя себе особенного вреда.

Падение в зрелом и пожилом возрасте
часто приводит к переломам костей.

Если из костей извлечь жир и потом, обработав их кислотой, растворить фосфорнокислый кальций, то останется белковое вещество - оссеин. При обработке оссеина перегретым водяным паром он переходит в клей.
Чистый костяной клей называется желатиной. Особенно чистая желатина получается из рыбьего пузыря кипячением с водой.

Слайд 86

6. Растительные и животные ткани содержат коллоиды не только в виде

6. Растительные и животные ткани содержат коллоиды не только в виде

растворов, но и в студнеобразном состоянии:
- протоплазма клеток
- хрусталик глаза.
Слайд 87

Благодаря хрусталику все, что мы видим, отражается на сетчатке глаза в

Благодаря хрусталику все, что мы видим, отражается на сетчатке глаза в

отраженном виде.
Однако головной мозг исправляет искаженную картину .

Вообще мозг легко ко всему приспосабливается. Вздумай кто-нибудь неделями напролет стоять на голове, вскоре вместо перевернутых картинок он снова станет видеть нормальные, «поставленные на ноги», изображения.

Слайд 88

Традиционные текстильные ватно-марлевые повязки: а) являются средствами осушения хирургических ран и

Традиционные текстильные ватно-марлевые повязки:
а) являются средствами осушения хирургических ран и операционного

поля
б) достаточно универсальны в применении (за счет сорбционных, прочностных, гигиенических свойств)

1. Использование гелей в качестве перевязочных материалов

Значение гелей в медицине

Слайд 89

Однако, выявлено, что они оказываются не только индифферентными к раневому процессу,

Однако, выявлено, что они оказываются не только индифферентными к раневому процессу,

но и нередко ухудшают его течение:
- при лечении гнойных ран приводит к окклюзии, скоплению под повязкой раневого отделяемого, развитию микрофлоры.
- повязки и тампоны становятся помехой оттока из раны.
- при снятии марлевой повязки с гранулирующих ран подлежащие ткани травмируются
- ворсистость, отсутствие дренирующих свойств марли при сорбции раневого отделяемого тормозит течение раневого процесса

Современная хирургия отказалась от использования универсальных повязок.

Слайд 90

- губчатые - мазевые - масляные - текстильные - пленочные повязки

- губчатые
- мазевые
- масляные
- текстильные
- пленочные повязки
- гелевые
- гидроколлоидные (гидрогелевые)

В

настоящее время используются раневые покрытия (повязки) :
Слайд 91

Гелевые повязки представляют собой марлевую или текстильную сетчатую подложку, пропитанную гелем.

Гелевые повязки представляют собой марлевую или текстильную сетчатую подложку, пропитанную гелем.


Слайд 92

Губка из желатиновой пены Механизм действия: Как только кровь попадает в

Губка из желатиновой пены

Механизм действия:
Как только кровь попадает в поры губки,

тромбоциты активизируются и начинается процесс тромбообразования, заканчивающийся формированием фибринового сгустка.
Абсорбирует вес жидкости,
в 45 раз превышающий собственный!!!
Слайд 93

Многослойный материал из окисленной регенерированной целлюлозы Низкий pH (2,5-3,0), разрушающий структуру

Многослойный материал из окисленной регенерированной целлюлозы

Низкий pH (2,5-3,0), разрушающий структуру

белков крови при контакте приводит к быстрому вырабатыванию тромба
Широкий спектр применения, включая эндоскопические операции.
Слайд 94

Гидрогелевые повязки имеют в основе сополимер акриламида и акриловой кислоты.

Гидрогелевые повязки имеют в основе сополимер
акриламида и акриловой кислоты.

Слайд 95

Слайд 96

Биологически активные перевязочные средства содержат лекарственные препараты или оказывают активное воздействие

Биологически активные перевязочные средства
содержат лекарственные препараты или оказывают активное воздействие

на ткани раны за счет специфических свойств основы.

- кожи человека.

- искусственной кожи,
состоящей из двух слоев:
эпидермиса и дермы.

микрофотографии:

Слайд 97

2. Создание терапевтических гелевых систем Медицинскую ценность представляют собой системы с

2. Создание терапевтических гелевых систем

Медицинскую ценность представляют собой системы с


регулируемым высвобождением лекарственных веществ на основе гелей.

Терапевтические гелевые системы применяются

В ненабухшем виде

В виде геля

Высвобождение лекарственных веществ идет со скоростью, примерно пропорциональной скорости набухания.

Высвобождение лекарственных
веществ зависит от таких факторов, как массообмен в месте приложения системы.

Слайд 98

3. Использование гелей в протезировании Искусственный сустав из полимера

3. Использование гелей в протезировании

Искусственный сустав из полимера

Слайд 99

4. Возвращение зрения Силиконовую схему планируют вставлять позади хрусталика глаза так,


4. Возвращение зрения
Силиконовую схему планируют вставлять позади хрусталика глаза так,

чтобы на ней фокусировался свет.
Сигналы от микросхемы по зрительному нерву будут поступать в мозг.
Слайд 100

ПОЛИМЕРЫ В МЕДИЦИНЕ Материал, используемый в медицине, должен обладать следующими важными

ПОЛИМЕРЫ В МЕДИЦИНЕ

Материал, используемый в медицине, должен обладать следующими

важными свойствами:
- при контакте с разнообразными жидкостями его композиция должна оставаться неизменной
высокая биосовместимость, гибкость и прочность
отсутствие токсичных веществ во время синтеза, а также отсутствие токсичности у образующихся олигомеров во время биодеградации
- устойчивость к изменению pH и ионной силы
отсутствие воспалительных и аллергических реакций тканей в отдаленные сроки наблюдения
- отсутствие эффекта коллапса при изменении внешних условий
Слайд 101

Началом применения полимерных материалов в медицине следует считать 1788 год, когда

Началом применения полимерных материалов в медицине следует считать 1788 год, когда

во время операции
А.М. Шумлянский прибег к каучуку.

В 1776 году окончил госпитальную школу при Адмиралтейском госпитале в Петербурге, а в 1782 году — медицинский факультет Страсбургского университета. Защитил докторскую диссертацию на тему «О строении почек».

Шумлянский Александр Михайлович (1748–1795) —
врач, первый русский 
учёный-микроскопист.

Слайд 102

В 1895 году был использован целлулоид для закрытия костных дефектов после

В 1895 году был использован целлулоид для закрытия костных дефектов после

операций на черепе.
Целлуло́ид (от лат. cellula «клетка») — пластмасса на основе нитрата целлюлозы, содержащая пластификатор (дибутилфталат, касторовое или вазелиновое масло, синтетическая камфора) и краситель
Слайд 103

В 1939 году совместные усилия стоматологов и химиков привели к созданию

В 1939 году совместные усилия стоматологов и химиков привели к созданию

полимера АКР-7
( в основе представляющая собой полиметилметакрилат) для изготовления челюстных и зубных протезов.
Слайд 104

В 1943 году С. Федоровым из полиметилметакрилата впервые сделана заплата для

В 1943 году С. Федоровым из полиметилметакрилата впервые сделана заплата для

закрытия дефекта черепа.

В настоящее время этот материал широко применяется у нас в стране и за рубежом. Из него изготовляют трубки для дренирования слезного мешка, гайморовой полости, протезы кровеносных сосудов, клапанов сердца, пищевода, желудка, мочевого пузыря, желчных протоков, уретры, хрусталика глаза; штифты и пластинки для фиксации костей при переломах, полимерные сетчатые «каркасы» для соединения кишок, сухожилий, трахеи.

Слайд 105

Поливинилхлорид (хлорэтилен, хлорин) ПВХ используется в медицине уже более 50 лет.

Поливинилхлорид (хлорэтилен, хлорин)

ПВХ используется в медицине уже более 50 лет.

При этом его потребление в этой сфере постоянно растет.
Слайд 106

Продукция из него крайне разнообразна и легко производима: контейнеры для крови

Продукция из него крайне разнообразна и легко производима:
контейнеры для крови и

внутренних органов, катетеры, трубки для кормления, приборы для измерения давления, хирургически шины, интраартериальный каротидный шунт, блистер-упаковка для таблеток и пилюль.
Медицинские продукты из ПВХ могут быть использованы внутри человеческого тела, легко стерилизуются, не трескаются и не протекают.
Принятие ПВХ к использованию в медицине странами Евросоюза является свидетельством его полной медицинской безопасности.
Слайд 107

Широкое применение в качестве медицинских полимеров находят полиуретаны. Они обладают удовлетворительной

Широкое применение в качестве медицинских
полимеров находят полиуретаны.

Они обладают удовлетворительной

тромборезистентностью и применяются для изготовления различных медицинских изделий, контактирующих с кровью в течении небольшого времени.
Слайд 108

Полиуретаны могут использоваться для производства катетеров и трубок общего назначения, оборудования

Полиуретаны могут использоваться для производства катетеров и трубок общего назначения, оборудования

для кроватей, хирургических простыней или салфеток, раневых повязок, а также широкого диапазона устройств, изготовленных литьем под давлением.
Они подходят для целого ряда применений, где необходимо получить такие преимущества, как: рентабельность, долговечность, жесткость и высокие параметры устойчивости к нагрузке/напряжению.
Слайд 109

Применение съемных зубных протезов с базисами из материала на основе полиуретана

Применение съемных зубных протезов с базисами из материала на основе полиуретана

обеспечивает значительно более низкий уровень размножения болезнетворных микроорганизмов на поверхности протеза по сравнению с акриловыми базисами, что является профилактикой осложнений в период адаптации к зубному протезу
Слайд 110

Силиконовые каучуки. Синтез полисилоксанов осуществляется в результате последовательных реакций поликонденсации низкомолекулярных кремнийорганических многоатомных спиртов

Силиконовые каучуки.
Синтез полисилоксанов осуществляется в результате последовательных реакций поликонденсации низкомолекулярных кремнийорганических

многоатомных спиртов
Слайд 111

В настоящее время синтезируют новые, более совершенные марки полисилоксанов. Среди них

В настоящее время синтезируют новые, более совершенные марки полисилоксанов. Среди

них необходимо отметить трифторпропиленметилполисилоксан.
Этот полимер обладает максимальной совместимостью с кровью и в меньшей степени, чем другие полимеры, вызывает образование тромбов.
Полисилоксаны и силиконовые резины на их основе широко используются для создания искусственных клапанов сердца, мембраны искусственных клапанов сердца, частей аппаратов искусственного кровообращения и искусственной почки.

Искусственое сердце.

Искусственные клапаны сердца.

Слайд 112

Трубки силиконовые — используются для: транспортировки различных сред, в качестве элементов

Трубки силиконовые — используются для:
транспортировки различных сред, в качестве элементов

перистальтических насосов и других медицинских назначений;
дренирования мочевого пузыря, почечных лоханок с одновременным орошением и без него;
дренирования желчных протоков в хирургии, гинекологии и урологии;
- аспирационно-промывного лечения, с притоком воздуха, нагноительных процессов различной локализации, в том числе для лечения гнойных перитонитов.
Слайд 113

Из биологически инертного силикона изготавливаются пробки для укупорки флаконов с кровью,

Из биологически инертного силикона изготавливаются пробки для укупорки флаконов с кровью, кровезаменителями, инфузионными

растворами;
Ткани с силиконовым покрытием — на основе хлопчатобумажных текстилей используются в медицине для пошива бахил, фартуков, чехлов на матрасы и подушек.
Слайд 114

Жидкие кремнийорганические полимеры – силиконовые масла – обладают еще одним чрезвычайно

Жидкие кремнийорганические полимеры – силиконовые масла – обладают еще одним чрезвычайно

перспективным для использования в медицине свойством.
Силиконовые масла, так же как и некоторые фторсодержащие олигомеры и полимеры, способны растворять и удерживать до 20% кислорода.
Это свойство легло в основу их использования в качестве новых перспективных плазмозаменителей и «дыхательных жидкостей». Возможно, в будущем плазмозаменителей можно будет использовать аппаратах искусственного кровообращения.
Слайд 115

Полиэфирные смолы получаются в результате реакции поликонденсации дикарбоновых кислот и многоатомных

Полиэфирные смолы
получаются в результате реакции поликонденсации дикарбоновых кислот и

многоатомных спиртов.
Широкое применение в различных областях техники и медицины нашел полиэтилентерефталат. Эти волокна являются основой для изготовления протезов кровеносных сосудов.
Слайд 116

Наличие небольших отверстий в этой стенке позволяет естественным тканям кровеносных сосудов

Наличие небольших отверстий в этой стенке позволяет естественным тканям кровеносных сосудов

прорастать в них, обеспечивая тем самым вживление и функционирование протеза.
Протезы из полиэфирных волокон вот уже более 20 лет с успехом используются для замены пораженных участков сосудистой системы.
Слайд 117

Лечение хронических язв, которыми часто страдают диабетики, трофических язв, тяжелых ожоговых

Лечение хронических язв, которыми часто страдают диабетики, трофических язв, тяжелых

ожоговых поражений часто занимает месяцы, а то и годы. Если это время можно сократить на порядок, а эффективность лечения будет доказана дальнейшими испытаниями, то эту разработку вполне можно сравнить с изобретением пенициллина.

1. Быстрое заживление ран

Исследователи из Шеффилдского университета представили испытанный в клинических условиях бинт для заживления ран. Выращенная на основе клеток пациента клеточная культура помещается на полимерную мембрану. Повязку прикладывают к ране пациента - клетки переходят с нее на живую ткань и способствуют быстрому заживлению.

Последние разработки в области ВМС

Слайд 118

2. Контактные линзы последнего поколения из стойких прозрачных гидрогелей

2. Контактные линзы последнего поколения из стойких прозрачных гидрогелей

Слайд 119

Частицы фторалюмо-силикатного стекла (ФАС, FAS) Молекула поликарбо-новой кислоты 3. Cветоотверждаемые стоматологические

Частицы
фторалюмо-силикатного
стекла (ФАС, FAS)

Молекула
поликарбо-новой
кислоты

3. Cветоотверждаемые стоматологические материалы Стеклоиономерные

цементы (СИЦ) частицы фторалюмосиликатного стекла в так называемом иономере — полимере, связанном ионами металлов
Слайд 120

Стадия отвердевания стеклоиономерного цемента: поперечное смешивание молекул поликислот трёхвалентными ионами с образованием пространственной структуры полимера.

Стадия отвердевания стеклоиономерного цемента: поперечное смешивание молекул поликислот трёхвалентными ионами с

образованием пространственной структуры полимера.
Слайд 121

4. Разработчик из японской компании демонстрирует 25-гигабайтный диск, созданный на основе полимера, сделанного из кукурузного крахмала

4. Разработчик из японской компании демонстрирует
25-гигабайтный диск, созданный на

основе полимера, сделанного из кукурузного крахмала
Слайд 122

Кевлар Продукт полимеризации пара-фталевой кислоты и 1,4-диаминбензола Механические свойства материала делают

Кевлар
Продукт полимеризации пара-фталевой кислоты
и 1,4-диаминбензола

Механические свойства материала делают его

пригодным для изготовления пуленепробиваемых жилетов. Это одно из самых известных применений кевлара. Кевлар сохраняет прочность и эластичность при низких температурах, вплоть до криогенных (-196°C), более того, при низких температурах он даже становится чуть прочнее.
При нагреве кевлар не плавится, а разлагается при сравнительно высоких температурах (430-480°C).