РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалами для исследований служили водные растворы ДМСО (ОАО «Лубныфарм»,
Украина), глицерина марки ЧДА (Германия), ПЭО-1500 (ЧП «Барва», Украина) с
массовыми концентрациями веществ 3, 5, 6, 7, 10, 15, 20% и от 20 до 100% с
интервалом 5%, растворы ДМСО на среде 199 (ГУП ИПВЭ им. М.П.Чумакова РАМН) и
растворы ДМСО на среде 199 с добавлением 10% ЭС (HyСlonе) с массовыми
концентрациями ДМСО 3, 5, 7 и 10%, дрожжевые клетки Saccharomyces cerevisiae
(раса 608, получена из Сп.ПО РНИИХП, Санкт-Петербург), клетки диплоидной
культуры человека и клетки фибробластов человека от взрослых доноров.
2.1. Метод термопластической деформации для исследования растворов
криопротекторов и биологических объектов
Для исследований водных растворов криопротекторов был использован метод
термопластической деформации, описанный в работах [31-33]. Этот метод позволяет
на этапе нагрева определять температурные интервалы фазовых переходов,
прослеживать кинетику этих процессов в широком температурном диапазоне, вплоть
до температуры жидкого азота, а также изучать упруго-пластичные свойства
замороженных образцов.
Метод термопластической деформации реализуется в режиме деформации чистого
сдвига замороженного образца на этапе нагрева. Физическую суть метода удобно
продемонстрировать на примере модели замороженного образца раствора
криопротектора. Такой образец состоит из кристаллов льда разной формы и
величины (фракция С) и застеклованной аморфной фазы (фракция G). Отношение масс
фракций С и G зависит от начальной концентрации криопротекторного раствора.
Схема реализации метода и его основные элементы показаны на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Схема деформирования замороженного криопротекторного раствора в
режиме чистого сдвига:
1 – замороженный образец (С – кристаллы льда; G – аморфная фаза);
2 – неподвижный захват;
3 – подвижный захват;
4 – механизм нагружения;
5 – датчик малых линейных перемещений;
6 –система регистрации;
F – внешняя деформирующая сила.
В процессе эксперимента образец помещали в специальное деформирующее устройство
комплекса для термопластических исследований замороженных растворов
криопротекторов и биологических объектов (рис. 2.2). Одна из модификаций этого
устройства описана в работе [31]. Оно состоит из плунжерной деформационной
приставки, системы нагружения, системы сканирования температуры и блока
регистрации термопластических кривых. Плунжерная деформационная приставка
включает в себя неподвижный плунжерный шток 2, закрепленный на опорной колонне
1, а также внутреннюю 3, среднюю 4 и внешнюю 5 плунжерные втулки, скользящие по
штоку 2. При этом внутренняя втулка 3 при помощи гайки 6 и внутреннего опорного
фторопластового кольца 7 устанавливается неподвижно относительно штока 2. В
свою очередь подвижная средняя втулка 4 с помощью прижимного фонаря 8 и
внешнего опорного фторопластового кольца 9 устанавливается во внешней втулке 5.
Прижимной фонарь 8 с помощью силовой тяги 10 связан с механизмом нагружения,
который обеспечивает приложение к замороженному образцу 11 постоянной во
времени нагрузки Р в широком диапазоне значений. Образцы заливали в специальную
форму, образованную тонкой силиконовой мембраной 12, натянутой на опорные
кольца 7 и 9. Объем образца составлял 0.5·10-6 м3. Температура образца в
процессе эксперимента измерялась термометром сопротивления 13, конфигурация
которого подобрана так, чтобы обеспечить оптимальный тепловой контакт с
исследуемым образцом.
Система сканирования температуры содержит нагреватели 14, блок подачи паров
жидкого азота 15 и автоматический регулятор температуры 16, связанный с
термометром 13. Для измерения термопластической деформации исследуемых образцов
устройство снабжено дифференциальным датчиком перемещения, установленным так,
что его корпус 17 связан с силовой тягой 10, а сердечник 18 - с толкателем 19,
установленным на плунжерном штоке 2. Сигналы от датчика перемещения и
регулятора температуры фиксируются компьютерной регистрирующей системой 20.
Рис. 2.2. Принципиальная схема устройства для регистрации термопластической
деформации замороженных растворов криопротекторов и биологических систем.
Заливку исследуемых образцов в деформационную приставку осуществляли при
комнатной температуре, затем помещали в криостат 21 и охлаждали до заданной
конечной температуры. Образец охлаждали с заданной постоянной скоростью до
конечной температуры -160°С и выдерживали его при этой температуре в течение 10
минут. После этого с помощью механизма нагружения к нему прикладывали
постоянную во времени внешнюю деформирующую нагрузку P, удовлетворяющую
условию: P<ут(Т)S, где ут(Т) – предел текучести замороженного образца при
температуре Т, S – площадь поперечного сечения образца в плоскости сдвига. Все
внешние нагрузки, применяемые при работе на комплексе для термопластических
исследований, поверены.
Образец после приложения внешней нагрузки P=const нагревали с постоянной
скоростью и регистрировали термопластические кривые в координатах «деформация –
температура». При этом относительная деформация е=Дl/h, где Дl – вертикальное
смещение подвижного захвата 3, равное смещению сердечника датчика малых
перемещений относительно его корпуса, h – ширина области сдвига, равная зазору
между захватами (рис. 2.1).
2.1.1. Определение температур расстеклования водных растворов криопротекторов
методом термопластической деформации.
Метод термопластической деформации позволяет по изменению пластической
деформации образцов при постоянной нагрузке с повышением температуры
фиксировать температурный интервал пр
- Київ+380960830922