Модификация коллагеновых фибрилл в плазме высокочастотного разряда пониженного давления Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Э. Ф. Вознесенский

МОДИФИКАЦИЯ КОЛЛАГЕНОВЫХ ФИБРИЛЛ В ПЛАЗМЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Ключевые слова: коллаген, фибрилла, ВЧ-плазма, модификация, структура, поверхность,

кожа.

Методом просвечивающей электронной микроскопии исследовано влияние ВЧ-плазменной модификации на структуру коллагеновых фибрилл. Установлено, что плазменная обработка приводит к нарушению поверхностных слоев фибрилл. Эффект модификации проявляется в изменении геометрических размеров фибрилл и их взаимного расположения

Keywords: collagen, fibril, RF-plasma, modification, structure, surface, leather.

By means of a high-resolution electronic microscopy influence of RF-plasma modification on structure of collagen fibrils is investigated. It is established, that the plasma treatment leads to injuring in surface layers of the fibrils. The effect of modification is dealing in changes of the geometrical sizes of the fibrils and their relative positioning

Введение

Материалы кожевенно-меховой промышленности представляют собой продукт химической переработки биологического сырья. Их основным компонентом являются супрамолекулярные комплексы фибриллярных белков. Основу структуры натуральной кожи составляет коллаген. Нативный коллаген имеет высокоупорядоченное строение и формирует комплексы волокнистых структур кожи. Его спирализованные полипептидные цепи образуют трехцепочную макромолекулу. Параллельно ступенчато агрегируясь макромолекулы коллагена составляют фибриллу, поперечным размером 50-300 нм. Строение фибрилл строго упорядочено. Правила сборки макромолекул в фибриллы до сих пор описывается противоречивыми механизмами.

Одним из перспективных методом модификации полимерных материалов капиллярно-пористой структуры является применение плазмы высокочастотного (ВЧ) разряда пониженного давления. Данный метод обеспечивает возможность объемной модификации внутренних структур материала [1, 2].

Экспериментальная часть

Исследовано влияние ВЧ-разряда на структуры кожевенных материалов разной степени готовности. В качестве объектов исследований выбраны образцы кожевенного сырья из шкур крупного рогатого скота (КРС) мокросоленого способа консервирования и хромовый полуфабрикат КРС. Образцы обрабатывались ВЧ-разрядом в режимах: мощность разряда (Wp) 1,2-1,3 кВт; давление (P) 13,3 Па; расход рабочего газа - аргона (G) 0,04г/с; время обработки (т) 3-5 мин. После обработки хромовый полуфабрикат подвергался жидкостным отделочным процессам производства - додубливанию, крашению и жированию.

Структура материалов исследована методом просвечивающей электронной микроскопии. Препараты микротомировались и фиксировались в растворе 2,5% глютарового альдегида, производилось двойное окрашивание срезов уранил ацетатом и цитратом свинца. Метод обеспечивает исследования при высоких увеличениях [3]. Полученные микрофотографии демонстрируют комплекты отдельных фибрилл в составе волокон.

В обоих исследованных образцах идентифицируется достаточно плотная нативная компоновка фибрилл, близкая к гексагональной. Поперечный срез фибрилл контрольного образца демонстрирует отдельные слои в упорядоченной структуре фибриллы -сердцевинный, основной и покровный [4, 5]. Продольный строение фибрилл

контрольного образца, также демонстрирует упорядоченное строение в виде характерной поперечной макроисчерченности, в некоторых областях даже идентифицируются полосы микропериодов. Микрофотографии фибрилл опытного образца концентрических элементов фибрилл практически не выявляют, поперечная исчерченность выявляется слабо. При этом наблюдается некоторое увеличение диаметра фибрилл опытного образца (около 10-18 %) и межфибриллярных пространств (15-30 %). Таким образом, можно говорить о нарушении нативной упорядоченности структуры фибрилл после ВЧ-плазменной модификации, повреждении их покрывных слоев [6]. Что подтверждается снижением температуры термодеструкции сырья после обработки на 3,6 0С.

Получены микрофотографии фибрилл крашеного полуфабриката КРС. Микрофотографии демонстрируют поперечное строение комплектов фибрилл в их нативной укладке. Фибриллы контрольного образца не выявляют внутреннего строения. Взаимное расположение фибрилл достаточно разреженное с взаимными расстояниями порядка 5-20 нм, диаметр фибрилл свыше 100 нм. Фибриллы опытного образца также не выявляют внутренних элементов, при этом их взаимная укладка чрезвычайно плотна, практически без взаимных пространств, а диаметр не превышает 100 нм.

Известно [4-6], что поверхностные слои коллагеновых фибрилл, образованные гликозоаминогликанами препятствуют их сближению и объединению. Эффект подобного значительного изменения структуры под действием ВЧ-плазменной модификации полуфабриката можно объяснить в контексте исследования структуры сырья. В сырье происходит нарушение поверхностного слоя фибрилл после модификации в ВЧ разряде, проявляющееся в некотором увеличении их размеров. В свою очередь, в полуфабрикате наблюдается значительное нарушение поверхности. Фибриллы утрачивают часть объема и способность к индивидуальному расположению, объединяясь в плотные агрегаты первичных волокон; последующая жидкостная обработка может быть причиной взаимного химического структурирования фибрилл. Фибриллы контрольного образца сохраняют индивидуальное взаимное расположение, а на дополнительный рост их поперечного размера может оказывать влияние отложение химических реагентов при жидкостной обработке.

Литература

1. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов. -Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2000. - 348 с.

2. Вознесенский, Э.Ф. Структурные изменения кожевенных материалов под воздействием высокочастотной плазмы пониженного давления / Э.Ф. Вознесенский, А.Ф. Дресвянников, И.В. Красина, Г.Н. Кулевцов // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2005, № 2, Ч. 2. - С. 265-269.

3. Синдо, Д Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия / Д. Синдо, Т. Оикава. -М.: Техносфера, 2006. - 256 с.

4. Михайлов, А.Н. Химия и физика коллагена кожного покрова / А.Н. Михайлов. - М.: Легкая индустрия, 1980. -232 с.

5. Титов, А.О. О строении фибриллы коллагена / А.О. Титов, О.П. Титов // Кожа и мех в XXI веке. Технология, качество, экология, образование. - Улан-Удэ., 2006. - 352 с.

6. Toszewski, J. Glikozoaminoglikany tkanki lacznej / J. Toszewski // Post. Biochem. - 1973 (19). № 3. - s. 447-469.

© Э. Ф. Вознесенский - докторант каф. плазмохимических и нанотехнологий

высокомолекулярных материалов КГТУ, howrip@rambler.ru.