Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физико-химические процессы в криобиологическихсистемах при стекловании и в твердой фазе

ВАК РФ 03.00.22, Криобиология

Автореферат диссертации по теме "Физико-химические процессы в криобиологическихсистемах при стекловании и в твердой фазе"

Р Г Б ОД

НАЩОНАЛЬНА АКАДЕМИЯ НАУК УКРАШИ

п /--II .....

• - ' 1НСТИТУХ. ПРОБЛЕМ КР10БЮЛ0П1-1 КРЮМЕДИЦИНИ

На правах рукопису

31нченко Олександра Васил1вна

Ф13ИК0-Х1М1ЧН1 ПРОЦЕСИ В КРЮВЮЛОГ1ЧНИХ СИСТЕМАХ ПРИ СКЛУВАНН1 I В ТВЕРД1Й ФА31

03.00.22 - кр1об1олог1я

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацИ на здобуття наукового ступеня доктора б!олог1чних наук

Харк1в - 1997

Дисертац1я е рукописом

Робота виконана в 1ститут1 проблем кр1об1олог11 i кр1омеди-цини HAH Укра1ни

Науковий консультант: д. б.н., проф. Мойсеев В. 0.

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор.б!ол. наук.. с.н.с. Горд1енко_еЛ)^-доктор.б!ол. наук., проф. ХДУ Перський 6.Ю доктор. ф1з.-мат. наук, проф. Суходуб Л.Ф.

Пров1дна орган!зац!я: Ф1зико-техн1чний 1нститут низьких температур HAH Укра1ни, м. XapKiB

Захист в1дбудеться "IL " Ity&LZ _1997 р. о

годин; на зас1данн1 спец1ал1зовано1 вчено! ради Д 50.21.01 при 1нститут1 проблем кр1об1олог11 1 кр1омедицини HAH УкраХ-ни за адресою: 310015, м. Харк1в, вул. Переяславська, 23.

3 дисертац1ею можна ознайомитися у б1бл1отец1 1нституту проблем кр1об1олог11 1 кр!омедицини HAH Украгни

Автореферат роз1сланий " " М^&ДкЛ 1997 р.

Вчений секретар спеЩал1зовано1 вчено! ради

доктор медичних наук, проф. ЪСш^'^' Гольцев А М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Вивчення реакц11 б!олог!чних об'ект1в р!зного р!вня ор-ган!зац11 на зовн!шн! екстремальн! впливи е одним з методич-них п!дход1в сучасно! б1оф!зики у досл1дженн! взаемодп жи-вих систем з зовн!шн1м середовищем. Одним з таких видхв екс-тремальних вплив1в е глибоке охолодження живих систем до температур, д11 яких вони не п1ддаються в нормальних ф1з1о-логхчних умовах. Глибоке охолодження 61олог1чних об'ектхв, являючись, з одного боку, 1нсгрументом у досл1дженн1 даних об'ект1в, з другого боку знаходить все 61мьш широке застосу-вання в р1зних областях д!яльност1 людини. Цей аспект внко-ристування холоду в бхологП 1 медицин! е предметом вивчення в сучаснШ крЮб1ологп.

Дана робота присвячена вивченню Ф1зичних явищ, яка ви-никають в кр!об1олог!чних системах гид час 1х охолодження до температури повного затверд!ння 1 п1д час наступного нагрЬ вання. Шд крЮбЮлог1чними системами ми маемо на уваз1 се-редовища, що застосовуються окремо в1д б!олог!чних об'скт1в 1 з б1олог1Чними об'ектами р!зного р1вня орган!зацп.

Досл1джувались акустична ем1с!я, електрична поляризащя локальних участк1в зразк!в, що заморожуються 1 оптичне вип-ром1нювання гид час заморожування - нагревания кр1об!олог1ч-них систем. Вивчалась д1я переходу системи в твердофазний стан на б!олог1чн! об'екти молекулярного, субкл1тинного 1 кл!тинного р1вня орган1зац11. Одержан! результата використо-вуються для б!льш глйбокого розум!ння схеми взаемодП б1оло-г!чних об'ект!в з зовн1шн1м середовищем.

Актуальн!сть проблеми Перспективи застосування низьких температур для науко-

boï розробки крЮгенних б!отехнолог1й вимагають детального знания всього спектру дП холоду на жив1 системи.

В ланцюгу посл!довних порушень функц1онального стану живих систем п!д д!ею низьких температур досл!дники тради-ц!йно прид1ляли головну увагу процесам. що прот!кають в д1а-_пазон1_температур_поблизу-температури-кристал1зацИ-льоду—в— об'ект1. Саме в цьому д!апазон! температур роз1груються най-б1льш драматичн! подИ для об'екта, що охолоджуеться. Для б1лыюст! ф1зико-х1м!чних фактор1в кр1опошкодження - виник-нення г!перконцентрованих розчин!в, пошкодження мембран, по-рушення молекулярно! структури i функцП катал!тичних б!лк1в 1 ряд 1нших фактор!в проявляються вище температури склування р1дини.

Загальнов1домими е уявлення про обезводжування кл1тин внасл!док кристал!зацП льоду i зб!льшення концентрацП зов-н!шньокл1тинного розчину, як! лягли в основу двохфакторно! Teopiï кр1опошкодження Мазура [Mazur Р., 1953, 1965]. Другим фактором пошкодження в ц1й Teopl'ï вважалась механ1чна д1я кристал1в льоду на кл1тини. Ця 1дея мае досить давню 1сто-р1ю. В1домий ц1лий ряд експериментальних спостережень меха-н1чно1 д11 льоду на кл!тини - кр1ом1кроскоп1чн! спостережен-ня над кл1тинами в каналыдях м1ж кристалами льоду 1 анал!з впливу рекристал1зац11 на руйнування заморожених кл1тин [Smernlna J.K. 1962, Nel T. 1967, 1968, Ling G. R., Tien С. L. 1969, ИткинЮ. A., Гордиенко E. A., ' Бронштейн В. Л. 1981], ана-л1з впливу росту кристалыв льоду на руйнування заморожених кл1тин [Виногра.д-Финкель В.Ф. и др. 1963, Mazur Р. 1970, Leibo S. P. at al., 1970, Gupta К. G. 1975]. Шзн1ше з'явилась багатофакторна г1потеза кр1опошкодження, в як1й, однак.

розглядалось пошкодження кл1тин в д!апазон1 температур вище температури повного отверд1вання р1дини i не зач!пався д1а-пазон нижче температури склування [Белоус A.M. и др. 1985].

В 1984 р. Степонкус висловив 1дею 1 пров1в експеримен-тальн1 досл1дження д11 електричного заряду кристал1в льоду, що ростуть п1д час внутр1шньокл1тинно! кристал!зацП на мембранах хлоропласт1в [Steponkus P.L. 1984]. За словами самого автора, його 1дея елетричного пробою мембран носила характер Ппотези 1 потребувала додатково! експериментально! перев1рки.

Д11 1нших Ф1зичних фактор1в на заморожен! системи при досягненн! температури досл1дники не прид1ляли достатьно! уваги, робота були нечисленн1 i носили еп1зодичний характер. Серед таких фактор1в в першу чергу сл1д сказати про д1ю ме-хан1чного стресу. Ще в 1956 р Лев1тт звернув увагу на можли-в1сть пошкодження макромолекул в протоплазм! внасл!док "зр1-заючих" зусиль п1д час внутр!шньокл1тинно! кристал!заци! [Levitt J. 1956]. Д1я такого механ1зму повинна, мабуть, ви-являтись в широкому д1апазон! нижче температури кристал1за-ц11 внутр1шньокл!тинного розчину. В!дом! в нин!шн!й час результата вивчення ф1зичних влстивостей льоду вказують на те, що такий механ1зм ц1лком можливий.

Кристали льоду виявляють здатн1сть до пластично! дефор-мац11 п!д д!ею' механ1чних навантажень [Gold L.W. 1969, Barker R.N. 1978]. При повзучост1 льоду в ньому спостер!га-еться виникнення м1кротр1щин, що рееструеться по акустичн!й ем!с11 [Gold L.W. 1969,1972]. В ход! кр!оконсервування так! явища можуть мати м1сце в льодов!й матриц! 1 викликати меха-н1чний стрес вморожених в не! б1оматер1ал!в на plBHi кл!тин

або субкл!тинних структур.

Буле висловлена г!потеза про можлив1сть розвитку висо-ких тиск!в при утворенн! в льодов!й матриц! замкнутих порож-нин з незамерзлою р1диною [Исерович П.Г. 1986]. "Б!олог!чн! об'екти, що знаходяться в так1й порожнин!, виявляться п!д д1ею великих чехан!чних напружень^_Поки_до_ця_гипотеза—не— одержала експериментального п1дтвердження, однак нема п!дс-тав для И в1дхилення.

Д1я термомехан1чних напружень набувае особливого значения при крЮконсервуванн! орган1в. Теоретичн! розрахунки показують, що термомехан!чн! напруження здатн1 викликати пошкодження замороженого органа•[ЕиМпвк! В. 1980]. Експери-ментально це спостер1галось при заморожуванн! нирки [Куракса В.М. 1983, 1987].Таким чином, маеться досить багато вказ1вок на те, що ф1зичн1 процеси, здатн! служити причиною пошкодження кр1оконсервованих об'ектив, розвиваються не лише при Юнуванн! р1дко1 фази, але 1 при затверд1нн1 матриц1, хоча вивчен! вони недостатньо.

Дана робота присвячена вивченню деяких законом1рностей розвитку термомехан1чних напружень 1 електричних явищ в кр1-об1олог1чних системах при температур! склуванння 1 нижче, а також 1х можливого впливу на заморожен1 б!олог!чн! об'екти.

Мета 1 основн! завдання наукового досл!дження Метою дано! роботи було досл!дження законом!рностей розвитку ф1зичних процес1в, здатних служити причиною кр!о-пошкодження заморожених б1олог1чних систем при температур! склуваня р!дини ! нижче ц!е1 температури ! можливих насл!д-к!в 1х д11 на б!олог!чн! об'екти. ,•

У в!дпов!дност1 з петою були поставлени 1 розв'язува-

лись так1 задач!:

1. Розробка методичних п!дход1в 1 експериментально! апаратури для досл!дження електрично! поляризацП (ЕП) оп-тичного випром1нювання (ОВ). акустично! ем1с11 (АЕ) 1 елект-ропров1дност1 при охолодженн! об'ект!в до 77 К 1 наступному 1х нагр1ванн!.

2. Досл1дження закономерностей розвитку акустично! ем!-сП, як 1ндикатора термомехан!чних руйнувань твердо! матриц! при заморожуванн! найб1льш широко застосовуваних кр1озахис-них розчин!в.

3. К!льк1сн1 оц1нки !нтенсивност! оптичного випром!ню-вання 1 електрично! поляризацП матриЩ при заморожуванн! розчин!в найб!льш широко вживаних кр!озахисних речовин. Встановлення корреляц!! м!ж явищами оптичного випром!нювання 1 електрично! поляризацП 1 термомехан!чних руйнувань твердо! матриц!.. Досл1дження схильност! водних розчин!в кр!опро-тектор!в до утворення метастаб!льних форм ! впливу на ц! процеси деяких сахар!в.

4. Моделювання д!1 термомехан!чних 1 електричних явищ в заморожен!й матриц! на б!олог1чн! мембрани при температур! склування р!дини ! нижче ц!е! температури.

5. Експериментальна перев1рка можливост! пошкодження кл1тин 1 субкл!тинних структур в д1апазон! температури склування кр!озахисних розчин!в ! нижче 1 оц!нка ступеня пошкодження об'ект!в тими. факторами. як! д!ють в даному температурному д1апазон1.

Наукова новизна

В робот! вперше показано, що при заморожуванн! водних систем виникае електрична поляризаЩя матриц! не лише г? тем-

пературн!й зон! росту кристал!в, але 1 при температур1 склу-вання 1 нижче, причому величини р!зниць потенц!ал!в, що ви-никають в низькотемпературн!й зон! значно переб1льшують по-тенц!али, зумовлен! ефектом Воркмана - Рейнольдса.

Вперше показано, що в присутност! невеликих добавок ре-човини,-яка-склуеться,—знижуеться акустична ем!с!я водних розчин!в, що заморожуються. Це вказуе на зниження ступеня термомехан!чних руйнувань твердо! матриц1. Запропонований механ!зм д!х добавок, що склуються.

Досл!джено оптичне випром!нювання (кр1олюм!несценц1я) крЮзахисних розчин!в при охолодженн! - нагр1ванн!.

Вперше виявлена корреляц!я м1ж оптичнии випромИшванням при заморожуванн1 водних розчин!в 1 електричною поляризац!ею матриц1, що вказуе на електричну природу ефект!в кр!олюм1-несценцП. Запропован1 механ1зми виникнення електрично! по-ляризацИ ! оптичного випром!нювання розчин1в при охолоджен-н! - нагр!ванн1.

На модельних 1 на реальних б1олог1чних системах показано. що 1снують механ!зми кр1опошкодження б!олог!чних об'ек-т!в, як! розвиваються при температур! склування 1 нижче, що повинно враховуватись в практиц! низькитемпературного кон-сервування.

Практичне значения робота.

Виявлен! явища зниження акустично! ем!с!1 (а отже, 1 термомехан!чних руйнувань) в присутност! малих добавок речо-вин. як! склуються при заморожуванн! водних систем може знайти безпосередне практичне засгосування при розробц! кр!-озахисних середовищ.

1снування корреляци! АЕ з процесами фазових перетворень

1 склування в систем1. що заморожуеться, може знайти прак-тичне застосування при контрол! температурних режим1в заморожування б!олог1чних систем, температурних зупинок в ход1 заморожування - в!д1гр1вання, тривалост1 експозицИ при температурних зупинках. Виявлен! ефекти електрично! поляризацИ матриц! ! розвитку термомехан!чних напружень в н!й при температур! склування 1 нижче вказують на те, що режими швидко-го досягнення температури р1дкого азоту на к!нцев1й стад!! заморожування б!олог1чного об'екта не е оптимальним з точки зору збереження кр1оконсервованого матер!алу. Коректний ви-б1р режиму проходження' температурно! зони склування може служити додатковим резервом п!двищення збереження б1олог1ч-них об'ект1в при кр1оконсервуванн1.

На захист виносяться

1. Експериментальний дов1д !снування електрично! поляризацИ матриц1 при заморожуванн1 водних розчин!в не лише в температурн1й зон1 кристал1зац11, але 1 п!сля припинення росту кристал1в нижче температури склування.

2. Експериментальний дов!д !снування кореляцИ м!ж кр!-олюм!несценц!ею ! електричною поляризац!ею водних розчин!в при заморожуванн1-нагр1ванн1.

3. 1снування корреляцИ м1ж термомехан1чними руйнуван-нями матриц! 1 сп!вв!дношенням кристал1чно1 1 аморфно! фаз в замороженому розчин1.

• 4. 1снування пошкоджень кр1оконсервованих об'ект!в в температурн!й зон! склування 1 нижче внасл1док дП термоме-хан1чних 1 електричних фактор1в.

5. Розроблен1 методичн1 п!дходи ! експериментальне об-ладнання для досл!дження ф!зичних явищ при отверд!нн! розчи-

н!в 1 в процес1 кр1оконсервування б!олог!чних об'ект!в.

Апробац1я 1 публ!кац1! результата досл!джень.

Основн! положения дисертаЩйно! роботи допов1дались 1 обговорювались на: Шжнародному симпоз1ум! з б1окалоримет-р!1, Тб1л1с1. 1981; на 2-й м1жнародн!й конференц!! "Вода 1 1они в б!олог1чних системах", Румун1я, 1982; на 1 Всесоюзно-~му~Жоф!зичному з'1зд1, Москва, 1982; на 2 Всесоюзной конфе-ренци! "Механизмы криозащиты биологических объектов", Хар-к1в, 1984: на М1жнародн1й конференц11 "Достижения и перспективы развития криобиологии и криомедицины", Харк1в, 1988; на IV Всесоюзн1й конференц!I з х1м11 низьких температур, Москва 1988; на 10-й 1 11-й конференциях ШРАС з х1м1чно! термоди-нам1ки, Чехословаччина, 1988, 1тал1я 1990; на Всесоюзн1й школ1-сем1нар1 "Био-термо-хеми-люминесценция", Москва-Суздаль, 1988; на VII конференц!! з спектроскопП б1опол!мер!в, Харк!в, 1991; на М!жнародн1й конференцИ "Успехи современной криобиологии", Харк!в, 1992; на 1-му з'!зд! Укра1нського б!-оф1зичного товариства, Харк1в. 1994; на 3-й 6вропейск!й кон-ференцП "Хранение и клиническое использование тканей для пересадки". Австр1я, 1994; на 31-й щор!чн!й нарад! товариства кр1об!олог1в, Япон1я, 1994; на М!жнародн1й нарад! товариства низькотемпературно! б1олог11, Бельг!я, 1994; на пер-шому з'!зд! Украгнського товариства кр1об!олог!! 1 кр1омеди-цини, Харк1в, 1995.

По тем! дисертац!I опубл!ковано 57 наукових робот1т. в тому числ! 3 авторських св!доцтва.

Структура дисертаи!1.

Матер!али дисертац!! викладен! на 300 стор!нках, який м!с-тить 203 стор!нки машинописного тексту, 69 рисунк!в, 10 таблиць

- 9 -

, 1 список л1тератури, що включае 308 роб1т.

Дисертац1йна робота складаеться з вступу, обзору Л1те-ратури, описння матер1ал1в 1 метод1в досл!дження, результа-т!в ' досл!дження 1 1х обговорення, зак1нченяя, висновку 1 списку л1тератури.

МАТЕРТАЛИ I МЕТОДИ

Установка 1 метод реестрацП електричних пол!в 1 електромагн!тного випром!нювання Для реестрацП електромагн!тного випром!нювання в оп-тичному д1апазон! 1 електрично! поляризац11 в ход! затвер-д!ння 1 розм'якнення розчин1в була створена установка, яка дозволяе рееструвати ц1 явища в умовах швидкого охолодження - нагр!вання в р1зних розчинах 1 об'ектах б1олог1чного по-ходження. На рис.1 подана блок-схема установки. Стакан 1 з нержав1ючо1 стал1 з товщиною ст1нок 0.1 мм, д1аметром 28 мм 1 довжиною 70 мм призначений для заливания досл!джуваного матер!алу 2. Для охолождення зразка стакан занурюють в посудину 3 з р!дким азотом. На стакан1 1 маеться насадка 9, в як!й розм!щений термометр опору 10 1 нагр!вач 11, з'еднан! з блоком регулювання температуря 12. Фотоелектронний помножу-вач 15 типу ФЭУ-136 призначений для реестрацП оптичного випром!нювання. В досл1джуваний матер!ал занурений 1зольова-ний зонд 4, який е чутливим елементом (або первинним датчиком) при реестрацП електрично! поляризацП речовини. Зондом служить в1др1зок пров1дника в фторопластовш 1золяцП, як показано на рис.1. Пров1дник занурений у зразок езольованою частиною, а к1нц1 пров1дника знаходяться над поверхнею р1ди-ни. Таким чином забезпечуеться 1золяц1я зонда в!д р1дини по

Рис.1. Блок-схема установки для реестрацП електрично! голяризацП 1 електромагн1тного випром1нювання зразка при охолодженн!-нагр1ванн1. Пояснения в текст1.

пост!йному струмов! 1 рееструються лише короткочасн1 сплески напруги в момент виникнення або швидкого спаду р1зниц1 по-тенц1ал1в м1ж локальними участками зразка.

Зонд 4 або вих1д фотоелектронного помножувача 15 через перемикач 17 можуть бути з'еднан! з п1дсилювачем 1мпульс1в 5, який з1браний на м!кросхемм1 К1284 УЕ1А. П1дсилен1 сигна-ли подаються на освдлограф 6 типу С1-65А, на вх1д У 1 на

- И -

вх!д Z (п1дсв1т), що дозволяе рееструвати на екран1 поодино-к1 1мпульси. Розгортка по oci X осцилографа виконана по температур! зразка. Для цього напруга, пропорц1йна температур1 зразка, подаеться на Х-вх1д осцилографа. 1мпульсн1 сигнали можна спостер1гати на екран1 в1зуально або фотографувати.

Мееться ще один канал реестрацИ для запису огинаючо! 1мпульсних сигнал1в, який складаеться з Шдсилювача 1мпуль-с1в 13 типу УЗ-29, 1нтегруючого RC-ланцюжка 1 самопишучого потенц1ометра 13.типу КСП-4.

В установц1 маеться система кал1бровки каналу реестрацИ, яка дозволяе приводити вс1 записи 1мпульсних, сигнал1в до одного масштабу з метою 1х к1льк1сного анал1зу. Для ка-л1бровки служить 1мпульсний генератор 8 типу Г5-56. Для ка-л1бровки системи оптичного випром1нювання кал!бровочн1 1м-пульси подаються в1д генератора 8 на св1тлод1од 16, розташо-ваний перед фотокатодом ФЕП. Для кал1бровки в режим1 запису ЕП 1мпульси в1д генератора 8 подаються безпосередньо на вх!д п1дсилювача 5 через конденсатор 7. Кал1бровку системи реестрацИ проводили перед кожним експериментом, записи сигнал1в кал1бровки використовували пот1м для нормування одержаних експериментальних кривих.

Установка для реестрацИ акустично! ем!с11. Принцип реестрацИ АЕ заснований на використан1 пьезоелектрично-го перетворювача з LlNb03. акустичн! коливання до якого в1д досл1джуваного зразка передаються через звукопров1д з нержа-в1ючо! стал1. Д1апазон частот АЕ, як1 рееструються розробле-ним приладом, лежить в межах 10 Гц - 1 МГц. Maca зразка дос-л1джувано! р1дини складае 500 мг, середня швидк1сть охолод-ження при зануренн! в р!дкий азот 1.67 К-с"1, середня швид-

- 12 -

к1сть нагр!вання 1.17 К-с"1.

Установка 1 метод реестраиП електропров1дност1 в об'ектах при охолодженн! 1 нагр!ванн!

Установка призначена для реестрацИ пошкоджень штучних мемран при охолодженн! 1х до температури повного отверд!ння

1 наступного нагр1вання. Принцип реестрацИ пошкоджень мембран заснований на вим!рюванн! електропров1дност1. Вим!рюван-ня зд!йснюеться на частот! 30 Гц, напруга на мембран! 20 мВ. Електропров1дн1сть, як функц!я температури, рееструеться на двохкоординатному самописц!.

Установка для шклювання об'ект!в по температур! призначена для того, щоб досл!джуваний зразок багатократно п!д-давати умовам. при яких в ньому розвиваються термомехан!чн! напруження 1 електрична поляризац!я 1 накопичувати пошкод-ження, що викликаються цими факторами. Принцип роботи установки заснований на багатократному занурени контейнера з зразком у р1дкий азот. Система автоматичного регулювання ке-руе опусканиям зразка в р!дкий азот, його п1дн!манням 1 наг-р!ванням таким чином, щоб температура зразка зм!нювалась пе-р!одично в заданих межах. Верхню ! нижню границ! циклювання температури моща встановлювати в д!апазон1 273 - 77 К, точ-н!сть автоматичного в1дсл1джування встановлених границь температури складае ± 2 К.

Для приготування зразк!в кр!озахисних середовищ вико-ристовували б1дистилят ! реактиви ф!рм "Merck" 1 . "Fluka" квал!ф1кацП "ригшп", а також в!тчизнян! реактиви квал1ф1ка-ЦП "ХЧ".

СуспензИ кл!тин для кр!оконсервування 1 режими охолод-ження - нагр!вання були такими, як! рекомендуються в в!домих

методичних вказ!вках 1 прописах по кр!оконсервуванню. Дос-л!джували розчини таких кр1озахисних речовин: гл1церину,. 1.2-пропанд1олу, етиленгл1колю, пол1етиленгл1кол1в молеку-лярних мае 300 - 3000, пол1в1н1лп1ррол1дону, сахарози, глю-кози, мальтози. Екмперименти по кр1оконсервуванню проводили на еритроцйтах, гепатоцитах, м1тохондр1ях. Кр1озахисн1 сере-довища: середовище ЦНИИГПК 115. пропанд1осахароль, середови-^ ще на основ! ПЕГ-1500, середовище на основ! гл!церину i середовище на основ! ДМСО для кр1оконсервування гепатощичв ! м!тохондр!й. Штучн! мембрани готували з екв!молярно! сум!ш! лецитину 1 холестерину в диоксан!. Для досл!джень використо-вували бичий сироватковий альбум!н (БСА) ф!рми "Merck" i ДНК Ф1рми "Calbiochem".

РЕЗУЛЬТАТИ Д0СЛ1ДЖЕНБ I 1Х ОБГОВОРЕННЯ.

Досл!дження електроактивност! 1 електромагн!тного вип-ром!нювання водних розчин!в кр!опротектор1в при охолодженн1 1 нагр!ванн1.

В кр1об1олог11 до недавнього часу не проводились деталь-Hi досл1дження електричних явищ при охолодженн! • зразк1в до 77 К 1 наступному нагр1ванн1. И1ж тим в1домо, що в багатьох речовинах при фазовому переход1 р1дина-кристал утворюеться подв1ййий електричний шар 1 кристал росте об'емно зарядженин (ефект Коста-Р1бейро 1 Воркмана-Рейнольдса).

Використовуючи традиц1йний електродний метод, ми вим1-ряли кристал!зац!йну р!зницю потенц!ал!в ф1з1олог!чного роз-чину в режим! пов1льного охвлодження (зниження температури

в1д 273 К до 272,5 К на протяз1 20 хв). Кристал1зац1йна р!з-ниця потенц1ал1в в такому режим! виявилась р!вною 0,7 В. Од-нак нами було виявлено, що в режим! б1льш швидкого зниження . • : температуря (в1д 273 К до 120 К за 12 хв) м1ж електродами

_виникають piзк! скачки напруги, значно б!льш1, н!ж в попе-

редньому режим1 охолодження. Вони рееструються при температурах нижче температури кристал!зац1! розчину. Це явище не було описане ран!ше в л!тератур!. Розвиток цьогоявища в кр1озахисних системах 1 в б!олог1чних об'ектах досл1джувався в дан1й робот1 за допомогою обладнання, що було описане вище.

Електромагн!тне випром1нювання розчин1в в оптичному д1-апазон! (кр1олюлюм1несценц!я, KJI), як було встановлено нами, рееструеться при досить швидк1й зм1н! температури зразка. в якому мае м1сце згадана вищё сер!я скачк1в електрично! поля-ризац11 зразка.

Нами були проанал1зован1 крив1 висв1чування розчин1в кр1озахисних речовин при охолодаенн! 1 нагр!ванн1, як1 явля-ють собою заниси огинаючо! сигнал1в ФЕП або емн1сного зонда, як функц!ю температури п!сля 1нтегрування !мпульсних сигна-л1в на RC-ланцюжку. Як Mlpy 1нтегрально1 1нтенсивност1 дос-л!джуваних ефект1в ми використовували сумарну площу п!д 1м-пульсними Сигналами, одержаними на протяз! одного циклу охолодження або нагр1вання. На рис. 2 1 рис. 3 подан1 залежнос-т1 1нтегральних 1нтенсивностей кр1олюм1несценц11 1 електро-активност! в систем1 вода-гл1церин в1д концентрацП п!д час охолодження 1 нагр1вання. Як м1ру 1нтенсивност1 використовували також к!льк!сть !мпульс!в ЕП. Видно, що обидва ефекти мають симбатну залежн1сть в!д концентрацП. 1нтенсивн!сть ефект!в зростае !з зб!льшенням вм1сту' гл!церину в облает!

Концентрац1я гл!церину, мас.%

Рис.2. Залежн1сть 1нтенсивност1 кр1олюм1несценцП в1д складу системи вода-гл!церин: * - охолодження, о - нагр1вання.

КонцентраЩя глЩерину, мас.% Рис.3. ЗалежнЮть к1лькост1'електричних 1мпульс1в, що рееструються емн!сного зондом, в1д складу системи вода-гл1-церин: х - охолодження; о - нагр1вання.

його концентрацИ б!льше 50% 1 слабо залежить в1д концентрацИ в облает! менше 50% гл!церину.

Для вияенення взаемозв'язку м!ж ф1зичним станом системи вода-глЩерин 1 характером розвитку досл1джуваних явищ була проанал1зована д!аграма ф!зичних стан1в дано! системи, одержана автором ран1ше. Зг1дно з и1ею д1аграмою, в облает! кон-центрац1й 50% гл1церину 1 вище розчик повн1стю склуеться при охолодженн1. Зб1льшення загально! 1нтенсивност1 ефект1в в област1 високих концентрац1й гл1церину можна пояснити зб1ль-шенням часу терм1чно! релаксацИ розчин!в 1з зб!льшенням вм1сту неводного компоненнта, внасл!док чого при незм!нн1й швидкост1 охолодження або нагр1вання зростае ступ!нь термине! нер1вноважност1 системи п1сля швидко! зм1ни температури.

В1домо, що в област1 малих концентрац!й гл1церину заморожен! розчини гетерогенн1 [Зинченко А. В. 1982.1983]. Вони м!стять в соб! кристали льоду 1 склопод1бн1 включения, при-чому в1дносна к1льк!сть останн1х там менша. чим нижча концентрацИ гл1церину. Разом з там, при зменшенн1 концентрацИ гл1церину в ц1й област1 не спостер1гаеться пад1ння 1нтенсив-ност! досл!джуваних ефект1в, якого можна було б чекати .якщо допустити, що вони розвиваються лише внасл1док склуванння розчин1в. Можна було б думати. що зниження 1нтенсивност1 оп-тичного випром1нювання зв'язане з виникненням кристал1в льоду в систем! 1 зменшенням прозорост!. Однак, як видно з рис. 3. аналог1чне зменшення 1нтенсивност1 характерне 1 для електроактивност!, де прозор!сть зразка не впливае не реест-рац!ю електричних 1мпульс1в.

На ochobI цих факт1в можна допустити, що основний вклад в явища кр1олюм1несценц11 1 електроактивност! в облает! ма-

лих концентрац1й гл!церину вносить процеси терм1чно! релак-сац11 в кристалах льоду.

Под1бним способом зм1нюеться 1нтенсивн1сть оптичного випром1нювання.1 електрично! поляризацП в розчинах !нших низькомолекулярних кр1озахисних речовин, таких як 1,2-про-панд!ол 1 етиленгл1коль.

В робот1 досл!джувались КЛ 1 ЕП водних розчин1в ети-ленгл1клю (ЕГ) 1 ПЕГ молекулярних мае 300 - 3000. У Bcix досл1джуваних системах опостер!гаються симбатн! залежност! КЛ 1 ЕП в1д концентрат!. В розчинах ЕГ i ПЕГ молекулярних' мае менше 600 концентрац1йн1 залежност! НЛ 1 ЕП под!бн1 до описаних вище систем з низькомолекулярннми неелектрол!тами. Це видно з поданих на рис 4 i рис 5. В розчинах ПЕГ молекулярних мае 600 1 б1лыде спостер1гаються два максимуми на за-лежностях !нтенсивност1 КЛ 1 ЕП в!д концентрац!! (рис. 6, рис. 7). На нашу думку, максимум в облает! високих концент-рац!й неелектрол1та (вище 50%) мае ту ж природу, що i в розглянутих вище системах з низькомолекулярними неелектрол1-тами. Виникнення максимума в облает! середн!х концентрац1й зв'язане з особливостями фазових переход1в в водних розчинах ПЕГ. Зг!дно з д!аграмами ф!зичних стан1в, в ц!й облает! кон-центрац!й знаходятьея евтектики даних систем. На в!дм1ну в1д низькомолекулярних неелектрол1т!в, в розчинах ПЕГ молекулярних мае 600 ! б!льше утворюються кристали льоду ! кристали ПЕГ. Гетерогенна система, що виникае, характеризуемся сильною терм!чною нер1вноважн!стю ! в н!й спостер1гаеться !нтен-сивна КЛ 1 ЕП.

Було показано, що занижения швидкост1 охолодження приводить до зменшення КЛ 1 ЕП. Зв1дси вит!кае, що механ!зм КЛ 1

750-1

8 600 Н

л я & §

я ° 450-

ю

к к о ю к о

8 £ 3004

X

150-

+

- \

V

Г*

* -*

о

I г | I I | | I I 60 80 100

20 40

Концентрац1я ПЕГ. мас.% Рис. 4. Залежност1 1нтенсивност1 ОВ в1д концентрацП в

водних розчинах ПЕГ-300. ПЕГ-400 1 ПЕГ-600 (охолодження); + - вода - ПЕГ-300, X - вода - ПЕГ-400, * - вода - ПЕГ-600. 750-1

60 80 100

Концентрац1я ПЕГ, мае.! Рис. 5. Залежност!.числа 1мпульс1в ЕП в1д концентрацП в водних розчинах ПЕГ-300, ПЕГ-400 1 ПЕГ-600 (охолодження); * - вода - ПЕГ-300. + - вода - ПЕГ-400, X - вода - ПЕГ-600.

ra

m —¡

i

со о о о

ш о Ja 03 I

ЕЭ m

и о ta а s

•а

о со X s a ш

X

ЕЯ M

45 S

О

со ta Ь CD

1 —i о

1 о

о f-* ■в

о о

о о

" о J3

s

о

+ ь

a (0

M

1 —i ь*

1 S

ш го Я

о о "С

ta о ь

Гч о

о

1 н1-

ю

ta ta

м сч M

п -1 ¡3

то со ш

о о

о о ta

о о

" X

,—* О

о ж

X X ß

о CD

1 ь a

о в

ш ta •а

о S* to

ta Ct) я

р Я

1 i

Число 1мпульс1в ЕП

со о la

№

со о l=t tü S X

TS о ы л s X (ù

•П

о

о 00

о 0>

о а ta

* m 0)

-í й

+ i к

о

1 о о

о >-3

CD о

О *

Ja

Pû X

1 а Ч

Я m CP

M X

—¡ i о

1 го S!

го о Ш

о о а

о о о

о о

" ч

>-»■

X э

M о

1 -] ОТ

со со 03

о о k-J*

Ja О Ja

ро о

К

i о

о а

ЕЭ X я

и о 0)

т ь ас

1 о ч

00 Ja тз

о К í»

о CD j=¡

о к h-1'

я

M '•V

•—' M

1нтенсивн1сть OB, умовн. один.

ЕП зв'язаний з нер1вноважними станами системи. До цього ж приводить 1 експозиц1я поблизу температури склування Т^. Можна в1дм!тити, що механ1зм електроактивност1 1 кр!олюм1-несценцП м!етить в соб! внески по крайн1й м1р1 трьох релак-сац!йних процес1в: терм1чно! релаксац11 кристал!чних утво-

рень; релаксац1йних процес!в,_зв'язаних з переходом р!ди-—

на-скло; розтр!скуванням склопод!бно! матриц!. В1дносний вклад кожного з механ1зм1в залежить в1д стану кристально! 1 аморфно! фаз в замороженому матер!ал1.

Досл!дження акустично! ем!с11 в водних розчинах гл!пе-рину. 1.2-ПД 1 ПЕГ молекулярних мае 300 - 3000 при охолод-женн1-нагр!ванн!.

В нин1шн!й час в!домий ряд експериментальних факт1в, як1 вказують на те, що термомехан!чн! напруження в б!олог!ч-ному об'ект1 в ход! його кр!оконсервування можуть бути одн!-ею з причин його кр!опошкодаення. 1ндикатором зародження 1 розвитку тр!щин при механ1чному руйнуванн! матер1алу може служити акустична ем!с!я. В робот1 досл1даували законом!р-ност1 розвитку АЕ в кр1озахисних середовищах. На рис. 8 показан! залежност! числа !мпульс!в АЕ в!д складу водних роз-чин1в ПЕГ-300, ПЕГ-400 ! ПЕГ-600 при охолодженн1 в!д 273 до 77 К. В облает! концентрац!й 0-2% ПЕГ к!льк!сть !мпульс!в АЕ р!зко зменшуеться з ростом концентрац!! ПЕГ. В. облает! середн1х концентраЩй спостер!гаеться слабкий м1н!мум !нтен-сивност1 АЕ. При концентрац!ях више 50% ПЕГ !нтенсивн!сть АЕ зростае з ростом концентрацП ПЕГ в розчинах ПЕГ-600 ! слабо залежить в!д концентрацП в розчинах ПЕГК300 ! ПЕГ-400. На

рис. 9 показан! залежност! числа !мпульс!в АЕ в!д концентра-ц11 в системах вода - ПЕГ 1ООО. 2ООО ! 3000. В д!апазон1 концентрац!й 0-2% ПЕГ в розчин! ПЕГ - 1000 спостер1гаетьгя зменшення 1нтенсивност! АЕ, в розчинах ПЕГ - 2000 штенсив-н!сть майже не зм!нюеться, а в розчин! ПЕГ - 3000 вона зрос-тае з ростом концентрац1i. При досягненн! концентрацП 5% ПЕГ спостер!гаетсья значне зб!льшення штенсивност! АЕ в розчинах ПЕГ - 2000 i ПЕГ - 3000 пор!вняно з чистою водою, тод! як в розчинах ПЕГ - 1000 !нтенсивн1сть АЕ залишаеться нижчою, н1ж в чист!й вод1. В облает! середн1х концентрац1й спостер!гаеться максимум АЕ, який стае б!льш вираженим з ростом молекулярно! маси ПЕГ.

200-.

ы

о л

150-

1>

| 100-

о ч о

-о_о

/ о

50-

о*.—_ ^ tf-fc-l £>

~Г~г 20

| I | ' 40

I ■ '

60

I''' I 80 100

Концентрац!я ПЕГ, мае.

о

Рис. 8. Залежн!сть числа !мпульс!в АЕ, зареестрованих при охолодженн! в системах вода - ПЕГ в!д концентрацП; А -вода - ПЕГ-300, X - вода - ПЕГ-400, о - вода - ПЕГ-600

§ 100-о

6-л+

V

ъ

о

50-

о |- , ,—| | |—I I | I I I | I I I | | | | |

О 20 40 60 80 100

Концентрац1я ПЕГ. мас.%

Рис. 9. Залежн1сть числа 1мпульс1в АЕ, зареестрованих при охолодаенн1 системи вода - ПЕГ в1д концентрацП, о - вода - ПЕГ-1000, + - вода - ПЕГ-2000, Д - вода - ПЕГ-3000

На нашу думку. р1зке зменшення 1нтенсивност1 АЕ пор1в-няно з чистою водою в присутност1 малих добавок (менше 2%) ПЕГ-300, ПЕГ-400 1 ПЕГ-600 зв'язане з 1снуванням прошарк1в аморфно! речовини м1ж кристалами льоду. Можливо. що аморфн1 включения в тверд1й матриц1 сприяють взаемному ковзанню кристал1в льоду 1. таким чином, зменшують напруження зсуву, як1 могли б привести до руйнування кристал1в.

В област1 середн1х концентрац1й слабка залежн!сть АЕ в1д концентрацП пояснюеться там, що тут програничний шар аморфно! речовини вже сформувався 1 подальше зб1льшення к1лькост! аморфно! речовини вже слабо впливае на взаемне ковзання кристал1в.

,21 ростом молекулярно! маси ПЕГ в заморожених розчинах

/' /

- на -

утворюються не лише кристали льоду, але 1 кристалл ПЕГ. Ос-танн1 вже не можуть виконувати роль компенсатора напружень зсуву для кристал!в льоду 1 не сприяють 1х взаемному ковзан-нвзГ. Кр1м того, р!зниця коеф1ц1ент1в терм1чного розширення кристал1в льоду 1 ПЕГ служить причиною термомехан1чних напружень. Тому 1нтенсивн1сть АЕ в розчинах ПЕГ-2000 1 ПЕГ-3000 б!льш висока, н1ж в чист!й вод! в облает! малих концентрац!й ПЕГ.

Акустичну ем!с!ю досл!джували також в водних розчинах гл!церину 1 1.2-ПД. Невелик1 добавки гл1церину 1 1,2-ПД при-водять до значного зменшення загально! к!лькост1 акустичних 1мпульс1в пор1вняно з чистою водою. Спостер!гаеться також !стотно менша генерац!я АЕ в розчинах гл1церину 1 1,2-ПД, н!ж в розчинах ПЕГ. Цей факт зумовлений, мабуть, там, що розчини гл1церину 1 1.2-ПД при отверд1нн1 мають меншу гете-рогенн1сть, н!ж розчини ПЕГ.

Таким чином, показано, що акустична ем1с1я в охолоджу-ваних водних розчинах неелектрол1т1в виникае як при криста-л!зац11. так 1 при склуванн1 розчин!в. Температурний 1нтер-вал акустично! ем1с!1 б!льш широкий в розчинах. як! склада-ються з кристал1чних 1 аморфних фаз. Акустична ем1с1я б1льш !нтенсивна в розчинах. в яких неелектрол!т здатний кристал!-зуватися.

Про механ!зми 1 модел! явиш електрично! поляризацИ 1 кр!олюм1несцени!1.

Потени!ал замерзания Воркмана-Рейнольдса. Виникнення потенц!алу замерзания в!дноситься до одного з тих явищ ф!зи-

ки твердого т1ла, якому дано поки що лише умоглядне пояснения. Суть його полягае в тому, що при кристал!зац!1 в криста-л!чну гратку воючаються чужер!дн! 1они р!зних знак!в в не-екв!валентних к!лькостях 1 кристал росте об'емно зарядженим. При цьому не зрозумШ, як !они долають кулон!вськ1 сили _в1дштовхування_^на_границ1_ро^под1лу р!дина-кристал. В робот! розглядаеться схема перенесения чужер!дних 1он1в через гра-ницю розпод!лу в вигляд! короткоживучих комплекс!в з 1онами Н30+ або ОН", завдяки чому кулон!вськ! сили в момент переходу через границю розпод1лу не д1ють. Експериментальне вим1-рювання потенц1алу замерзания показало, що його величина складае 0,7 В в ф!з!олог!чному розчин!, що недостатньо для виникнення люм1несценц11.

Акустоелектричний еФект. Одним з механ1зм!в поляризацП при розтр!скуванн1 матриц!. на нашу думку, може бути акустоелектричний ефект. Ф!зична суть його полягае в тому, що зм1-щення атом!в, викликане ультразвуковою хвилею. в!дбиваеться на розподШ 1 характер! руху носПв заряду. Це призводить до виникнення електроруш1йно! сили в зразку. 0ц1нки чисель-них значень електроакустичного потенц!алу, виконан1 в робо-т1 на основ! теор!! Вайнрайха дають величину потенц1алу в дек1лька десятк!в вольг1в, що достатьно для збудження газового розряду ! оптичного випром!нювання.

Виникнення з!зниц! потенц!ал!в м!ж новими поверхнями при утворенн! тр!щин. Виникнення заряд!в при розтр!.скуванн1 може в!дбутися в тому випадку, коли утворення тр1щини призводить до розд!лення неоднакових за сво!ми електричними властивостями поверхонь. В склопод!бному стан!, на нашу дум-

ку. такими неоднор!дностями можуть служити л1квац11, тобто неоднаков! за cboIm складом включения з неоднор1дним розпо-д1лом концентрац1й розчинених речовин.

Зг1дно з теор!ею Генр! [Henry Р. S.H., 1953] при контак-т1 неоднакових за сво!ми електричними властивостями повер-хонь м1ж ними виникае р!зниця потенц1ал!в, яка по порядку величини близька до р1зниц1 роб!т виходу носПв заряду з цих поверхонь. Якщо м1ж такими поверхнями утворюеться тр1щина, то утворен! нов! поверхн1 можна розглядати як обкладки конденсатора, в1дстань м!ж якими зб!льшуеться. Тому за рахунок зменшення емност1 при незм1нному заряд! р!зниця потенц!ал!в зростае 1 може досягти сотень вольт, що достатьньо для утво-рення газового розряду.

Про можлив! механ!зми генерац!! оптичного випром!нюван-ня при заморожуванн1-нагр1ванн! розчин!в.

Законом!рност! генерац!! оптичного випром!нювання при заморожуванн! - нагр!ванн1 розчин1в багато в чому под!бн! до тих, що спостер1гаються при в1дшаруванн1 пол!мер!в в!д р1з-них п1дкладок 1 при механ1чних руйнуваннях твердих т!л. Ос-к1льки 1снуе симбатн!сть кр1олюм!несцен1ц! 1 оптичного вип-ром!нювання, то зв1дси можна зробити висновок, що одним з механ!зм1в оптичного випром!нювання е газовий розряд по закону Пашена. Кр!м того, тут можлив1 т! ж механ!зми, як! д1-ють при руйнуванн1 твердих т!л: виникнення вимушених коли-вань атом!в гратки. рекомб!нац!я роз!рваних х1м!чних зв'яз-к!в (хем!люм!несценц!я). Ще одним механ!змом оптичного вип-ром1нювання може бути виникнення високо! температури в вершин! тр!щини. Ми вважаемо, що вс! ц! механ!зми д1ють одно-

часно.

ТепрлоФ1зичн1 досл!дження водних роэчин!в кр!опротекто-

р!в.

Як було показано вище, виникнення термомехан!чних нап-ружень 1~електрично1_поляризацЮ заморожёних бГолог!чних об'ектах т1сно пов'язане з особливостями фазових переход!в в цих системах. Оск!льки фазов! переходи при кр!оконсервуванн! живих систем багато в чому визначаються кр!озахисними речо-винами, то анал1з особливостей фазових переход!^ в розчинах кр!озахисних речовин дуже важливий для розум!ння особливостей виникнення термомоехан1чних напружень 1 електрично! по-ляризацП в кр1оконсервованих б!олог!чних системах.

Досл1джувались низькотемпературн! фазов! переходи в водних розчинах ПЕГ-1000, в середовищ! для кр!оконсервування гепатоцит!в на основ! ДМСО, в потр!йн!й систем! вода -1.2-ПД - пол!в!н!лп1ррол!дон.

ПЕГ-1000 займае в гомологичному ряду пол!етиленгл!кол1в "пограничне" положения. В цьому д!апазон! молекулярних мае молекули ПЕГ переходять в!д л!н!йно! форми, характерно! для низькомолекулярнихних ПЕГ. до б!льш компактно!. клубкопод1б-но1. Це супроводжуеться зм!ною ф!зичних характеристик ПЕГ. На п!дстав! анал!зу д!аграм ф1зичного стану системи вода -ПЕГ-1000 встановлено, що система найб1льш схильна до утво-рення метастаб1льних стекол при такому сп1вв1дношенн! компо-нент!в, яке в!дпов!дае числу г1дратац1! ПЕГ (2 молекули води на одну оксиетильну ланку ПЕГ). При цьому молекули води 1 ПЕГ максимально втягнут1 в м!жмолекулярн1 воднев! зв'язки. Саме в цьому д!апазон! концентрац!й спостер!гаються екстре-

муми ЕП. КЛ 1 АЕ.

Досл1дження потр1йно! системи вода - 1,2-пол!в1н1лп!р-рол1дон дають п1дстави говорити про те. що мае м1сце вплив високомолекулярного компонента (ПВП) на стаб!льн1сть аморфного стану водних розчин1в 1,2-ПД.

Для 1нших досл1джуваних систем були знайден! температу-ри склування, кристал1зац11 з переохолодженого стану 1 плавления. Ц1 результата використовувались в робот1 для пояснения особливостей електрично! поляризацН i виникнення термо-механ1чних напружень.

Добавки caxaplB входять в склад багатокомпонентних кр!-озахисних речовин, як! були п!д1бран! кр1об1ологами емп!рич-но. В робот! досл!джувались законом1рност! розвитку нер1вно-важних кристал1чних 1 склопод1бних утворень в водних розчи-нах сахарози, глюкози. лактози 1 мальтози в межах розчиннос-т1. На ochobí анал1зу низькотемпературних фазових переход1в встановлено, що добавки сахар!в зменшують схильн!сть водних розчин1в 1нших неелектрол!т1в до утворення кристал!чних форм на стад!! нагр!вання. Цей факт лежить в основ! зменшення пошкоджень заморожених б!олог1чних об'ект!в за рахунок росту кристал1в льоду.

Досл!дження пошкодження мембран в тверд!й матрин!.

Досл1дження модельних мембран проводились з метою вияв-лення можливих насл1дк1в, що виникають в результат! заморо-жування - нагр!вання i перебування мембрани в тверд!й фаз1. Спостер!гали за порушенням щлосност! модельно! мембрани п1сля заморожування-нагр!вання в р1зних середовищах на осно-

- 28 -

в1 анал1зу електропров1дност1 модельно! мембрани.

На рис. 10 показана температурна залежн!сть електропро-в1дност1 системи з лецитинхолестериновою (ЛХ) пл!вкою в ф1-з1олог1чному розчин1 1 в кр1озахисному розчин1. Пстерезис-

ний характер_одержано.!_залежностиюяснюеться-тим__що-при

охолодженн1 1 нагр!ванн1 1снують значн! температурн1 град!-енти м!ж центральнми ! периферичноми частинами стакана з мембраною. Температура на рис. 10 в1дпов1дае показанию температуря в центр! стакана. Як видно з рис. 10 А, електропро-в!дн!сть системи п!сля завершения циклу охолодження-названия приблизно в два рази переб1льшуе початкове значения електропров1дност1. Якщо зразок п1сля в!дтанеиння витримати 20 - 30 хв при температур! 295 К, то електропров1дн!сть по-вертаеться до початкового значения. Цей факт вказуе на ви-никнення дефект1в в ЛХ пл1вц1 1 "зал1ковування" !х п1д час експозицП при температур! вище 273 К. На рис. 10 (Б, В) показан! аналог1чн! залежност1 для системи з ЛХ пл!вкою в роз-чинах ПЕГ-300 1 ПЕГ-1500. Як 1 в розглянутому вище випадку, значения електропров1дност1 п!сля в1д!гр1вання б1лыи високе, н!ж перед заморожуванням 1 спостер!гаеться поступове змен-шення пров1дност! в в1д!гр1тих зразках (зал!ковування дефек-т!в).

На основ! одержаних результат!в можна запропонувати модель розвитку пошкоджень мембран в твердофазному заморожено-му стан1. Зг!дно з сформульованою нами Ппотезою, пошкоджен-ня може носити елекричну природу внасл1док розвитку елект-ричних явищ на границ! розпод!лу фаз. Кр!м того, тут можуть д!яти механ1чн1 напруження внасл1док неоднакових коеф1йГен-т!в теплового розширення матер!ал!в. Ц1 фактори д!ють одно-

- 29 -

часно, причому саме в твердофазному стан!.

ЮмкСн

i-1-1-г-1-1-1-1-1-1-1-1—

'ISi-ISQ-lSO-m -12Û -100 •80 -60 -<(Р -20 О 20 С

10/чкСл

Рис. 10. Залежност1 електропров1дност! модельно! мемб-ранно! системи з ЛХ пл1вкою в1д температури в р1зних середо-вищах при охолодженн1 1 нагр!ванн1: А - в ф!з1олог1чному розчин!; Б - в 15% розчин! ПЕГ - 300; В - в 15% розчин! ПЕГ - 1000.

Досл1дження д11 термомехан!чних 1 електричних Фактор!в на 61олог1чн1 об'екти в тверд!й Фаз!

Досл1дження пошкоджень в твердофазному стан1 проводили яа-еритроцитах,—гепатоцитах;—м!тохондр!ях,—!зольованих~б!л^ ках 1 тканинах нирки. Використовували методику багаторазово-го охолодження 1 нагр!вання об'екта (циклювання температу-ри). Таким чином в зразках накопичували пошкодження, як! ви-никають внасл!док переходу його в твердофазний стан.

На рис. 11 показан! результата експерименту по вим!рю-ванню ступеня гемол!зу еритроцит1в при циклюванн! замороже-них зразк1в в1д температури склування (Т ) до 77 К.

Як видно з рисунка, пошкодження наростають тим б!льше, чим б1льше цикл1в охолодження-нагр!вання було зд1йснено. Од-нак 5-15 цикл1в уже достатьньо, щоб пом!тити р1зницю в за-хисн1й д1! кр1опротектор!в. Дан1 досл!дження можуть бута ко-рисними в вибор1 кр1оконсерванта, який забезпечив би найкра-ще збереження об-'екта при низькотемпературному консервуван-н1.

1нший методичний п!дх1д досл!дження пошкоджень кр!окон-сервованих кл1тин полягав в анал1з1 акустично! ем1сП 1 електроактивност! охолоджуваних систем 1 анал1з1 ступеня пошкодження кл1тин. Для дол1дження використовували гепатоци-ти з печ1нки щура, консервован! п1д захистом розчину на основ! ДМСО в режимах швидкого одноетапного охолодження або двохетапного охолодження з експозиц!ею при 243 К.

На рис. 12 показан! записи акустично! ем1с!1 1 сигнал1в на емн!сному зонд! при одноетапному 1 двохетапному охолод-

Рис. И. Залежн!сть ступеня гемол1зу еритроцит1в В1д числа цикл1в зниження 1 п1дйому температури в д1апазон1 Те + 77 К в присутност1 таких кр1оконсервант1в: х - пропанд1осахароль; о - консервант ЦНЙИГПК 115 - М; + - консервант на основ! ПЕГ - 1500; Л - консервант на основ! гл1церину. женн! гепатоцит!в. Тут же подан! результата про збереження гепатоцит1в п!сля нагр1вання. Видно, що п1сля одноетапного заморожування збереження кл!тин значно нижче,н1ж п1сля двох-етапного. При цьому !нтенсивн!сть АЕ ! ЕП в першому випадку значно вища. н1ж в другому. Оск!льки вс! !нш! умови досл!ду були однаковими в обох випадках, то б!льш високе збереження

зонд

-1(5 -/« -Л» -196 -12$ -а

36ЕРЕЖЕННЯ

28%

□

контроль

ДОСЛ1Д

1

-115 -125 -70 -196 -«Г- Й5 -70-40 "С

ЗВЕРЕЖЕННЙ

КОНТРОЛЬ АОСЛ1Д

2

Рис. 12. Записи про1нтегрованих акустичних сигнал1в (а) 1 електричних 1мпульс1в на зонд1 (б) при одноетапному (1) 1 двохетапному (2) охолодженн! гепатоциттв.

кл1тин можна пояснити саме зняттям термомехан1чних напружень п1д час експозицИ при 243 К 1 ослаблениям зв'язаних з ними електричних явищ.

В якост1 б1олог1чного об'екта субкл1тичного р1вня орга-н1зац11 в робот! викорис-товували м1тохондрИ з печ1нки щур!в. Досл!джували функц!ональний стан м1тохондр1й п!сля температурного циклювання. Температурний д!апазон циклювання лежав або нижче температури склування, або верхня границя його включала температуру склування. СпостерДгалось пог!ршення

параметр!в дихального контролю 1 в1дношення АДФ/О п1сля цик-лювання. Ступ1нь пошкодження наростав з ростом числа цикл!в п1дйому - зниження температури, причому пошкодження були сильн1ш! в тому режим1, в якому д1апазон циклювання захоплю-вав температуру склування.

Bel вказан! явища розвиваються 1 процес1 повного отвер-д1ння зразка.

В робот1 вивчали низькотемпературн! фазов1 переходи, склування 1 електричну поляризац1ю в нативних тканинах нирки кролика, в перфуз1йних розчинах на ochobI 1,2 - ПД 1 ети-ленгл1колю 1 в тканинах нирки, перфузованих цими розчинами.

Виявлено, що електрична поляризац1я розвиваеться б!льш 1нтенсивно в тканинах, перфузованих розчинами ЕГ, н1ж 1,2 -ПД, причому електрична поляризац1я розвиваеться б1льш 1нтен-сивно в мозковому шар! нирки, н1ж в нирковому. На нашу думку, це зв'язано з неоднаковим' об'емом судин або 1нших порож-нин в р1зних видах тканини. НаявнЮть ниркових канальц1в у мозковому шар1 призводить до неоднаково! концентрацП кр1оп-ротектора в р1зних частинах тканини 1 до виникнення град1ен-т1в ф1зичних властивостей замороженого зразка в силу його гетерогенность

Встановлен! факти дозволяють думати, що гетерогенн1сть перфузованого органа являв собою фактор, що обмежуе д1апазон можливих швидкостей охолодження 1 нагр1вання, оск1льки веде до механ1чних порушень 1 лошкоджень тканини.

Д1ю термомехан1чних напружень 1 електрично! поляризацП на об'екти молекулярного^ р1вня орган1зац11 досл!джували на розчинах ДНК 1 сироваткового альбум1ну бика (САБ). Було виявлено, що багатократне циклювання температури призводить до

зниження в'язкост1 розчин1в ДНК. що може пояснюватись двох-нитковими розривами ДНК.

В розчинах САБ досл!джували теплову денатурац!ю без за-морожування, п!сля однократного 1 багатократного охолоджен-ня-нагр1вання в облает! Т . Зг1дно з одержаними результата_ми,—спостер1гаються—зм1ни~ структурно1'орган1зац!1^юлеку;Г

САБ, як! полягають в тому, що в1дносна к!льк1сть термоста-б!льних домен!в зростае тим б1льше, чим б1льше цикл1в охо-лодження-нагр1вання було проведено в област1 Т^.

Вся сукупн!сть одержаних результат!в вказуе на те. що перебування заморожених б1олог1чних об'ект1в в умовах, коли в них розвиваються термомехан1чн1 напруження 1 електрична поляризац1я, призводять до пошкодження на молекулярному, кл1тинному 1 тканинному р1внях.

ВИСНОВКИ

1. Експёриментально доведено, що в основ1 явища елект-рично! поляризацП водних систем при охолодженн1 1 нагр1ван-

' н1 в температурному д!апазон1 нижче 273 К лежать нер!вноваж-н! стани речовини, зв'язан1 з утворенням не лише кристал1ч-них, але 1 аморфних фаз.

2. Виявлено 1снування взаемозв'язку м1ж виникненням електромагн1тного випром1нювання водних систем в ход! 1х охолодження - нагр1вання 1 електричною поляризац1ею матриц1. Як1сно розглянут1 механ1зми 1 модел! явщ електрично! поляризацП 1 кр1олюм1н1сценц11.

3. Електрична поляризай1я 1 кр1олюм!н1сценц!я при охо-лодженн1 - нагр1ванн1 водних систем кр!опротектор1в.тим б!льш 1нтенсивн1. чим б!льше система схильна до утворення

метастаб1льних фаз.

4. Водн1 розчини неелектрол!т!в б!льш всього схильн1 до утворення метастаб1льних фаз при такому сп1вв!дношенн1 ком-понент1в, при якому вм1ст води в!дпов1дае числу г!дратацП неелектрол!та 1 розчин характеризуется найб!льшим втягнен-ням компонент1в у м1жмолекулярн1 воднев1 зв'язки. Добавки сахар!в знижують схильн!сть водних розчин!в неелектрол!т!в до кристал1зац11.

5. Акустична ем!с1я, являючись 1ндикатором термомеха-н1чних напружень, характеризуеться б!льш високою 1нтенсив-н!стю в системах, схильних до кристал1зац11. н!ж в таких, як1 склуються. При наявност! аморфних фаз м!ж кристалами вони д1ють, як компенсатор напружень зсуву, що рееструется по зниженню акустично! ем1с11.

6. Встановлени законом1рност! утворення кристал!чних 1 аморфних фаз в системах: вода - ПЕГ-1000, вода - 1.2-ПД-ПВП при р1зних сп1вв1дношеннях 1.2-ПД/ПВП; в водних системах са-хар!в: сахарози, глюкози, мальтози.

7. На приклад! еритроцит!в и гепатоцит!в показано, що кр1оконсервован! кл1тини пошкодауються там в б!льш1й м1р1, чим б1льше цикл1в охолодження - нагр1вання 1 переход1в в твердофазний стан витримала кл!тина.

8. В кр1оконсервованих м1тохондр!ях п!д впливом термо-механ1чних 1 електричних фактор1в пог!ршуються параметри ди-хального контролю 1 АДФ/О.

9. В замороженних розчинах б!опол1мер!в при проходженн1 гемператури склування спостер!гаються зм!ни молекулярно!

зтруктури 1 розриви макромолекул.

>л

""10. На модельних мембранах за допомогою спец!ально роз-

роблено! методики показано, що мембрани пошкоджуються при заморожуванн! в тому випадку, коли вони п!ддаються д!! тер-момехан!чних i електричних фактор!в заморожування в твердофазному стан1.

11. Кр1опошкодження орган!в при_термпературах нижче

точки кристал1зац11 основно! маси розчинника зв'язане з ге-терогенн1стю будови органа 1 може бути ослаблене створенням умов затверд1ння розчинника в аморфному стан!.

12. Розроблен! методичн1 п1дходи 1 виготовлено облад-нання для багатократного циклювання температури заморожених б1олог1чних об'ект1в в твердофазному стан! з метою экспериментально! перев1рки д!! термомехан!чних ! електричних фак-тор!в на заморожен! об'екти.

13. Розроблен1 методичн! п!дходи 1 експериментальна апаратура для досл1дження електрично! поляризац!!, оптичного випром!нювання, акустично! *ем!с!1 1 електропров!дност! в процес! охолодження до 77 К 1 нагр1вання кр!об1олог!чних систем.

Перел!к робот. опубл!кованих за темою дисертацП

1. Зинченко A.B., Моисеев В.А. Исследование низкотемпературных фазовых переходов в водных растворах ПЭГ-400 калориметрическим методом// Криобиология и криомедицина. - 1979. - в. 5. - С. 27-30.

2. Зинченко А. В. МанкВ.В., Овчаренко Ф. Д., Репин Н. В., Скорняков Б.А. Строение и.фазовые состояния водно - глицериновых растворов// Докл. АН УССР, сер Б.-1982,- N 8,- С. 38 -42.

3. Зинченко A.B., Манк В. В., Моисеев В. А., Овчаренко Ф. Д., Прохватилов А.И. 0 фазовых переходах и физичских сос-

.тояниях системы вода - пропандиол// Докл. АН СССР. - 1983. -269, N1. - С. 144-146.

4. Зинченко A.B., Моисеев В.А. Физическое состояние системы вода-зтиленгликоль по данным дифференциальной сканирующей калориметрии// Криобиология. - 1986. - N4. - С. 25-28.

5. Зинченко A.B., Гулевский А. К.. Михалев О.И., Ря зайцев В.В.. Волков В.Я. О физических состояниях и криозащитных свойствах холинхлорида// Криобиология. - 1987. - N1. - С. 17-21.

6. Зинченко A.B., Зинченко В.Д., Моисеев В.А. О низкотемпературных фазовых переходах в водных растворах полиэти-ленгликолей// Рук. деп. в ВИНИТИ 29.04.87 N3021-B87.

7. Воротилин A.M., Зинченко A.B., Моисеев В.А., Аненко

B.И. Влияние механоэлектрического фактора на повреждение клеток при нагреве// Криобиология. - 1988. - N3. - С.31-35

8. Гршценко В.И., Моисеев В.А., Зинченко A.B. О диэлектрическом пробое мембран при криоконсервировании биологических объектов// Докл. АН СССР. - 1989. - т.308, N1. -

C.215-217.

9. Зинченко А. В., Воротилин А. М., Моисеев В. А. Повреждение эритроцитов при низких температурах// Криобиолоогия. -1990. - N4. - С.48-49.

10. Зинченко А. В.. Воротилин А. В., Моисеев В. А., Подоп-ригора Л.И. Механизмы повреждения эритроцитов при замораживании// Криобиология. - 1990. - N3. - С.23-27.

11. Vorotilin А. М., Zinchenko А. V., Moiseyev V.A. Cell crioinjury at the state of thawing// Cryo-Letters, ■ 1991. -12. - C. 77-86.

- 38 -

12. Терентьев А.Н., Зинченко A.B., Зинченко В.Д., Ще-тинский М.И.. Мусатов В. И. Влияние некоторых криопротекторов на состояние воды в клетках Y.Pestis. Проблемы криобиологии.'

- 1993. - N1. - С. 20-26.

13. Зинченко А.В., Зинченко В. Д., Моисеев В.А. Моделирование повревдения мембран в твердой матрице// Проблемы криобиологии. - 1993. - N 2. - С. 17-22.

14. Зинченко А.В., Мусатова И.Б. Электрические явления в водных растворах низкомолекулярных полиэтиленгликолей при охлаждении - нагреве// Проблемы криобиологии. - 1993.- N 3.

- С. 40 -43.

15. Зинченко А.В., Мусатова И.Б. Оптическое излучение водных растворов ПЭГ-300. ПЭГ-400 и ПЭГ-600 при термическом воздействии// Докл. HAH Украины. - 1994. - N4. - С. 132-136.

16. Зинченко A.B.. Петренко А.Ю.. Моисеев В.А., член.-корр. HAH Украины Белоус, академик HAH Украины Грищенко В.И. Термомеханические и электрические явления в суспензиях клеток печени при охлаждении// Докл. Академии Наук Украины. -

1994. - N2. - С. 75-78.

17. 31нченко О.В., Грищенко ВЛ., Мойсеев В.О. Елект-ричн1 явища 1 оптична ем1с1я у водних розчинах гл!церину п1д час охолодження - нагр1вання// Укра!нський ф1зичний журнал.

- 1994. - 39, N 3-4, С. 439-442.

18. Зинченко A.B.. Дворцевой В.К., Диалло М. О влиянии сахарозы на низкотемпературные фазовые переходы в растворах некоторых криозащитных веществ// Проблемы криобиологии. -

1995. - N2. - С. 52-53.

• 19. Зинченко A.B. О некоторых механизмах электрической поляризации растворов при замерзании// Проблемы криобиоло-

- 39 -

. ГИИ. - 1996. - N4. - С. 55-56.

20. Зинченко A.B. Экспериментальная регистрация оптического излучения, электрической поляризации и акустической эмиссии при криоконсервировании биологических объектов// Вестник проблем биологии и медицины. - 1997. - N5. - С. 120-124.

21. Зинченко A.B. Исследование термомеханических и электрических явлений при низкотемпературной консервации почки кролика// Вестник проблемы биологии и медицины. -1997. - N5. - С. 125-130.

22. Зинченко A.B. Влияние термомеханических и электрических факторов на функциональное состояние митохондрий печени крыс при криоконсервации// Вестник проблемы биологии и медицины. - 1997. - N5. - С. 131 - 138.

23. Зинченко А.В. Об электрической поляризации и оптическом излучении водных растворов полиэтиленгликолей при охлаждении - нагреве// Проблемы криобиологии. - N1. - С.78-81.

24. Зинченко А.В.. Моисеев В.А. О явлениях электроактивности в криобиологических системах при охлаждении до -196° С и нагреве / Биохимические аспекты криоповреждения и криозащиты клеточных систем: Сб. научных трудов ИПКиК АН УССР. - Харьков, 1989. - С.42 - 47

25. Зинченко A.B., Моисеев В.А. Механоэлектрические явления в растворах криопротекторов при замораживании - нагреве / Физико-химические свойства и биологическое действие криопротекторов: Сб. научных трудов ИПК и К АН УССР. - Харьков. - 1990,- С. 50-56.

26. Зинченко A.B., Моисеев В.А. Электрические явления в твердофазных ассоциированных системах при низких температу-

рах/ Химия низких температур и криохимическая технология: Сб. науч. тр. - М.: Изд-во МГУ. 1990 г. - С. 97-105.

27. Примак А.И., Морозова Т.Ф., Зинченко A.B., Щетинс-кий М.И. О состоянии воды в растворах миозин-соль-глицерин при температурах ниже ниже 0°С/ Физико-химические совйства и биологическое действие криопротекторов: Сб. научн. тр. ИПКиК АН УССР, г; Харьков, 1990. - С. 50-56.

28. Зинченко A.B.. Петренко А.Ю. Низкотемпературные фазовые переходы в среде для криоконсервирования гепатоцитов на основе ДМСО/ Физико-химические процессы в криобиологических системах: Сб. научн. тр. ИПКиК АН Украины, г. Харьков, 1991. - С. 56 - 59.

29. Зинченко A.B., Морозова Т.Ф. О молекулярных взаимодействиях в системе миозин - KCl - глицерин/ Физико - химические процессы в криобиологических системах. Сб.науч.трудов ИПКиК АН Украины, г. Харьков, 1991. - С. 92-95.

30. Зинченко A.B., Зинченко В.Д., Подопригора Л.П. Устройство дифференциального термического анализа A.c. СССР, Опубл. 30.10.88, БИ 1988, N40, С. 203.

31. Зинченко A.B.. Моисеев В.А. Способ определения кри-озащитных свойств для длительного хранения эритроцитов. A.c. СССР, Ы 4754035/14. Опубл. Б.И. N21, 1992.

32. Зинченко A.B., Зинченко В.Д., Моисеев В.А. Способ определения механических повреждений криоконсервированных клеток. Патент России N 1827626. опубл. БИ, 1993, N26.

33. Зинченко A.B., Воротилин A.M. Вклад физических факторов в повреждение клеток в процессе замораживания-отогрева/ 2 Всесоюзная конференция "Механизмы криозащиты биологических объектов" Тез.докл.,1984. - т. 1. - С. 19.

- 41 -

34. Зинченко А. В., Воротилин А. М. Влияние фазовых переходов и механических напряжений на сохранность криоконсерви-рованных эритроцитов/ Тез. докл. Международной конференции "Достижения и перспективы развития криобиологии и криомеди-цины": Харьков, 1988. - С.

35. Зинченко A.B., Подопригора Л.П., Моисеев В.А. О ме-тастабильных состояниях системы вода - 1.2-ПД - ПВП в диапазоне температур 77 - 273 К. / IV Всесоюзная конференция по химии низких температур, М., 1988, 21-23 дек. Тез. докл. С.172-173.

36. Зинченко A.B., Моисеев В.А. Метод криолюминесценции в исследовании физико - химических процессов при охлаждении - нагреве/ IV Всесоюзная конференция по химии низких температур, М., 1988, 21-23 дек. Тез. докл. С. 174-175.

37. Зинченко A.B. О явлениях электроактивности в криобиологических системах при охлаждении до -196°С и нагреве/ 11th IUPAC Conference on Chemical Thermodynamics, Como, Italy, August 26-31, 1990.

38. Зинченко A.B.. Воротилин A.M. О метастабильных состояниях в суспензиях эритроцитов при криоконсервирвоании/ 11th IUPAC Conference on Chemical Thermodynamics. Como. Italy, August 26-31. 1990.

39. Зинченко А.В., Моисеев В.A. О механизме криолюминесценции/ Всес. школа-семинар "Био-термо-хеми-люминесцен-ция": Москва - Суздаль, Методические указания. ч.2. -С. 56-57

40. Зинченко A.B., Моисеев В.А. Электромагнитное излучение в жидкостях при стекловании/ VII конференция по спектроскопии биополимеров. 1-4 октября 1991г. г. Харьков. -

- 42 -

Тез. ДОКЛ. - 1991 С.109-110.

41. Зинченко А.В., Моисеев В.А. Физические явления в твердофазной матрице и их возможная роль при криоконсервиро-вании/ Успехи современной криобиологии. Международная конференция. 21-25 апреля 1992 г., Украина, Харьков. - Тезисы докладов__С. 71-72._

42. 31нченко А.В., Мусатова I .Б. Деяк1 ф1зичн1 меха-н1зми кр1опошкоджень м1тохондр1й в твердофазн1й матриц1/ Матерели 1-го з'хзду Украгньского б1оф1зичного товариства. 20-24 червня 1994, K1ÏB. - С.106-107.

43. Зинченко А.В.. Юхник А.С., Жарова Т.С. Низкотемпературные фазовые переходы и стеклование в растворах некоторых Сахаров/ 1 з'1зд товариства кр!об1олог11 1 кр1омедицини. Харк1в, 1995, 18-20 жовтня. - Тези допов1дей. - 1995. - С. 79-80.

44. Zlnchenko А. V., Molseyev V. А., Vorotllln V.A The use of differential scanning calorimetry In the study of erythocyte suspension freezing and thawing/ In abstracts: Internatlnal simposlum In biocalorlmetry".Tbilisi, 1981. P.60

45. Zlnchenko A. V., Vorotllln A.M., Moyseyev V.A. Effect of depth of cooling on erythrocyte membrans integrity in solutions of ethylene glycol and propilene glycol /In abstracts:"Second International Conference of Water and Ions in Biological Systems" Busharest, Romania, September, 6-11,1982. P. 270 - 271

46. Zlnchenko A.V., Molseyev V.A. The study of water binding in biological system by means of thermophysical methods/ 10th IUPAC Conference on Chemical Thermodynamics. August 29 - Sept. 2,1988, Prague, Czechoslovakia, Тез. докл.

. G-28.

47. Zinchenko A.V. Phase equilibrium and metastable states in aqueous solution of some multlatimic alcohols and choline chloride at temperature below 273 К/ 10th IUPAC Conference in Chemical Thermodynamics. August 20 - sept.2, 1988, Prague, Czechoslovakia. - Тез. докл. G-20.

48. Zinchenko A.V., Dvortsevoy V.K Kiroshka V. V. Markovsky A. L. Role of Thermomechanical Tensions on Survival of Red Blood Cells in vitrifyed Solutions of Cryoprotectants/ Proceeding the Sosiety for low temperature biology International meeting university of Leuven 19 - 23 July 1994. K.U.Leuven

49. Zinchenko A.V., Dvortsevoy V.K., Borodina 0. V., Zinchenko V.D., Koptelov V.A. On the thermomechanical and electic events during low temperature preservation of rabbit kindey P. 196 / Society for Cryobiology 31st Annual Meeting Program and Abstracts. August 21-26, 1994, Kyoto, Research. Kyoto, Japan. P. 196

50. Zinchenko A.V.. Kuleshova L.L. Crystalline and glass-like forms in water- 1.2-propanediol polyvinilpyrrolidone system under various cooling and heating rates/ Society for Cryobiology 31st Annual Meeting Program and Abstracts. August 21-26, 1994. Kyoto. Research, Kyoto, Japan, P. 26.

51. Zinchenko A.V.. Moiseyev V. A. On the possible mechanism of increasing lethality of biological systems during low temperature storage/ Society for Cryobiology 31st Annual Meeting Program and Abstracts. August 21-26. 1994. Kyoto. Research, Kyoto, Japan, P. 134

Зинченко A.B. "Физико-химические процессы в криобиологических системах при стекловании и в твердой фазе1', рукопись диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.22 - "Криобиология". Защита диссертации состоится в ИПКиК HAH Украины. г.Харьков.

Показано, что в ходе низкотемпературного консервирования биологических объектов возникает комплекс взаимосвязанных физических явлений: электрическая поляризация, оптическое излучение, акустическая эмиссия, установлена их взаимосвязь с фазовыми переходами и стеклованием. Установлена_кор=. реляция-между—оптическим^излучением и электрической поляризацией, что указывает на общность их природы, причем интенсивность этих явлений определяется степенью гетерогенности системы. Акустическая эмиссия, являясь индикатором термомеханических напряжений и разрушений образцы более интенсивна в системах, склонных к кристаллизации. На модельных системах и на реальных замороженных объектах показано, что в твердофазном состоянии механизмами криоповреждения служат термомеханические напряжения и электрическая поляризация в замороженной матрице.

Zinchenko А. V. "Physical and Chemical Processes in Cryublological Systems under Glass Transition and in Solid Phase". Manuscript of thesis for a doctor's degree of biology according to the speciality 03.00.22 "Cryobiology". Thesis defence will take place at the Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the National Academy of Sciences of the Ukraine. Kharkov. 1997.

It was shown that a complex of relative physical phenomena appeared in the course of low temperature preservation of biological objects: electrical polarization, optical irradiation, acoustic emission and their relationship with phase and glass transition has been established. Correlation between optical irradiation and electrical polarization has been established, which points to the common character of their nature, the intensity of these phenomena being determined by the system's heterogeneity txtent. Acoustic emission, being samples thermomechanic tension and destruction indicator, is more intensive in systems inclined to crystallization. It was shown that thermomechanic tension and electrical polarization in the frozen matrix are cryoinjury mechanisms in solid-phase state in model systems and objects really frozen.

Ключов! слова: кр!озахисн! середовища, фазов1 переходи, склування, електромагн!тне випром1нювання, електрична поля-ризаЩя. акустична ем!с1я, кр1опошкодження, низькотемпера-турне консервування.

SUMMARY