The influence silicon dioxide nanoparticles on mechanical properties of erythrocyte and platelet membranes estimated by atomic force microscopy method

The investigation performed within the Programs of State Research “Energy systems, process and technologies”, project 2.2

Тонкие композиционные покрытия на основе желатина с неорганическими наночастицами

A technique for the formation of gelatin thin films and composite coatings with silicon dioxide and zinc oxide nanoparticles by spin coating has been developed. New data of the morphology and structural characteristics of the formed gelatin and nanocomposite films were obtained by atomic force microscopy. The dependences of the roughness parameters of composite coatings on the content of silicon dioxide and zinc oxide nanoparticles in the polymer matrix are presented. It has been shown that the introduction of inorganic nanoparticles into the gelatin structure makes it possible to form nanocomposites with a rough surface. It has been established that the silicon dioxide nanoparticles incorporation leads to hydrophobization of the surface of polymer-inorganic films based on gelatin. Modification with zinc oxide nanoparticles (up to 8 mg per 1 mg of gelatin) improves the wettability of nanocomposite coatings with water.Разработана методика формирования тонких пленок желатина и композиционных покрытий с наночастицами диоксида кремния и оксида цинка методом спин-коатинга. Методом атомно-силовой микроскопии получены новые данные о морфологии и структурных характеристиках сформированных желатиновых и нанокомпозиционных пленок. Представлены зависимости параметров шероховатости композиционных покрытий от содержания наночастиц диоксида кремния и оксида цинка в полимерной матрице. Показано, что введение неорганических наночастиц в структуру желатина позволяет формировать нанокомпозиты с более развитой поверхностью. Установлено, что введение наночастиц диоксида кремния приводит к гидрофобизации поверхности полимер-неорганических пленок на основе желатина, в то время как модификация наночастицами оксида цинка (до 8 мг на 1 мг желатина) позволяет улучшить смачиваемость нанокомпозиционных покрытий водой

Гидрофобизация пэтф-поверхностей для разделения эмульсий типа «вода в масле»

The technique of poly(ethylene terephthalate) track-etched membranes (PETF TMs) modification to increase of water-in-oil emulsions separations is developed. The water-in-oil emulsions separations by using PETF TMs with regular pore geometry and pore sizes 200 and 350 nm is described in the article. PETF TMs were modified with octadecyltrichlorosilane by spin-coating method to increase their hydrophobic properties. The results of changes in the pore diameters and the contact angle after PETF TMs modification are presented. The obtained samples were characterized by AFM, SEM and gas permeability test. Chloroform–water and n-hexadecane–water emulsions have been used as a test liquid for water-in-oil emulsions separations. At an operating vacuum of 700 mbar, the specific filtration performance of chloroform: water emulsions were 51.5 and 932.0 l/(m2 ⋅ h), hexadecane: water were 46.1 and 203.4 l/(m2 ⋅ h) for PETF-200 / OTS and PETF-350 / OTS, respectively. The degree of purification of emulsions by modified membranes according to the refractive index is of 100 %. Obtained membranes can be used to separate oil-water emulsions in order to prevent the corrosion of pipelines and changes of crude oil viscosity, as well as the treatment of water purification from oil industry waste.Разработана модификация поли(этилентерефталатных) трековых мембран (ПЭТФ ТМ) для увеличения разделения водомасляных эмульсий. Описано разделение эмульсий типа «вода в масле» с использованием ПЭТФ ТМ с правильной геометрией пор и размером пор 200 и 350 нм. Мембраны модифицированы октадецилтрихлорсиланом методом спин-коатинга для повышения их гидрофобных свойств. Представлены результаты изменения диаметров пор и угла смачивания после модификации ПЭТФ ТМ. Структура образцов изучена методами атомносиловой и сканирующей электронной микроскопии. Методом газопроницаемости определен размер пор мембран. Эмульсии хлороформ–вода и н-гексадекан–вода использовали в качестве тестовой жидкости для разделения эмульсий типа «вода в масле». При вакууме 700 мбар удельные показатели фильтрации эмульсий хлороформ : вода составляли 51,5 и 932,0 л/(м2⋅ч), гексадекан : вода – 46,1 и 203,4 л/(м2⋅ч) для ПЭТФ-200/ОТС и ПЭТФ-350/ОТС соответственно. Степень очистки эмульсий модифицированными мембранами по показателю преломления составила 100 %. Полученные трековые мембраны могут применяться для разделения водонефтяных эмульсий с целью предотвращения коррозии трубопроводов и изменения вязкости нефти, а также при очистке воды от отходов нефтяной промышленности

Влияние воздействия низкотемпературной плазмы атосферного барьерного разряда на структуру и свойства мембран эритроцитов и тромбоцитов

The plasma of the atmospheric barrier discharge (PBR) is used to treat various types of diseases and damage to the skin and soft tissues; however, the mechanism of interaction of PBR with biological material has not been precisely established to date. One of the promising methods for estimation changes in the structure and properties of cell membranes at the nanoscale is atomic force microscopy (AFM). In this article the results of the influence of the barrier discharge low-temperature plasma on the structure and properties of erythrocytes and platelets are presented. By the AFM-method, the shape, morphology of membranes, and adhesive forces on the surface of the cells were determined, which is one of the characteristic parameters for assessing changes occurring at the molecular level with the cell membrane. In this work, we used an experimental complex for generating a low-temperature plasma of a dielectric barrier discharge based on a coaxial type device and an adjustable source power from 10 to 30 W. A change in the structure of the erythrocyte membranes without changing the shape of the cells themselves was established. On the non-fixed erythrocytes, the adhesion force is increased after exposure. On the surface of both erythrocytes and platelets, the presence of particles of submicron size was established, which may be due to the release of cell contents or the destructive effect of plasma on the proteins of the outer layer of the membrane. The cells, which are fixed with a 0.5-mm solution of glutaraldehyde on mica substrates, both retain their disk-like shape and membrane structure, which may be due to the formation of covalent cross-links between membrane lipids and glutaraldehyde, and residual liquid content in the cell volume after interaction with a chemical reagent. Red blood cells are more resistant to short-term exposure to PBR (1 minute) compared with platelets. The results of the studies can be used to establish patterns and the biochemical processes under the influence of PBR on blood cells.Низкотемпературная плазма атмосферного барьерного разряда (ПБР) применяется для лечения различных типов заболеваний и повреждения кожи и мягких тканей, однако механизм взаимодействия ПБР с биологическим материалом к настоящему моменту точно не установлен. Одним из перспективных методов, позволяющих оценить изменения структуры и свойств мембран клеток на наноуровне, является атомно-силовая микроскопия (АСМ). В данной работе представлены результаты влияния ПБР на структуру и свойства эритроцитов и тромбоцитов. АСМ-методом изучены морфометрические и локальные механические свойства поверхности клеток, что является одним из характеристических параметров оценки изменений, происходящих на молекулярном уровне с клеточной мембраной. Авторами использовался экспериментальный комплекс для генерации низкотемпературной плазмы диэлектрического барьерного разряда на основе устройства коаксиального типа и регулируемой мощностью источника от 10 до 30 Вт. Установлено изменение структуры мембран эритроцитов с сохранением формы самих клеток. Для эритроцитов, высушенных на воздухе, отмечается резкий рост силы адгезии после воздействия ПБР. На поверхности эритроцитов и тромбоцитов установлено наличие частиц субмикронного размера, что может быть следствием выхода содержимого клетки или разрушительного воздействия плазмы на белки наружного слоя мембраны. Фиксированные 0,5%-ным раствором глутарового альдегида на подложках слюды образцы клеток сохраняют свою дисковидную форму и структуру мембраны, что может быть связано с образованием ковалентных сшивок между липидами мембраны и глутаровым альдегидом, а также остаточным содержанием жидкости в объеме клетки после взаимодействия с химическим реагентом. Эритроциты являются более устойчивыми к кратковременному воздействию ПБР (1 мин) по сравнению с тромбоцитами. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при установлении закономерностей и протекания биохимических процессов под воздействием ПБР на клетки крови

Структура и свойства многослойных нанокомпозиционных покрытий поливинилового спирта с наночастицами оксида алюминия

The nanocomposite polymer – inorganic materials formation, the study of their morphology and mechanical properties at the nanolevel is acute in the development of new materials for various functional purposes, including medical ones. As a result of the research the technique for producing singleand multilayer films of polyvinyl alcohol and composite polymer coatings with aluminum oxide nanoparticles by the spin coating method has been developed. It is shown that the optimal mass content of aluminum oxide nanoparticles in suspension for the formation of uniform composite coatings is 0.625 %. Based on experimental data on the structuralmorphological and mechanical properties of the formed coatings obtained by atomic force microscopy, it has been found that an increase in the number of layers of composite coatings leads to an increase in the number of conglomerates which, in turn, increases the surface roughness of the films. The modulus of elasticity of single-layer films of polyvinyl alcohol is (509.5 ± 10 %) MPa. In the case of composite coatings with aluminum oxide nanoparticles, changes in the elastic modulus have been established for multilayer coatings: an increase to 559.0 MPa (5 layers) and a decrease to 415.2 MPa (10 layers). The modulus of elasticity of the investigated single-layer coatings is significantly reduced in the range of 20−40 ºС. The smallest values after exposure to temperatures have been determined for films with nanoparticles (236.2 ± 10 %) MPa. Nanocomposites demonstrate an increase in the contact angle with an increase in the number of layers of composite coatings up to 20. A subsequent increase in the thickness of the coatings (the number of layers) leads to an increase in the hydrophilicity of the nanocomposites. The developed compositions of nanocomposite films are promising as sorption coatings.Создание нанокомпозиционных полимер-неорганических материалов, изучение их морфологии и механических свойств на наноуровне актуальны в области разработки новых материалов различного функционального назначения, в том числе медицинского. В результате проведенных исследований разработана методика получения одно- и многослойных пленок поливинилового спирта и композиционных полимерных покрытий с наночастицами оксида алюминия методом спин-коатинга. Показано, что оптимальное массовое содержание наночастиц оксида алюминия в суспензии для получения однородных композиционных покрытий составляет 0,625 %. На основании данных о структурно-морфологических и механических свойствах сформированных покрытий, полученных методом атомно-силовой микроскопии, установлено, что увеличение количества слоев композиционных покрытий приводит к росту числа конгломератов, что, в свою очередь, повышает шероховатость поверхности пленок. Модуль упругости однослойных пленок поливинилового спирта составляет (509,5 ± 10 %) МПа. В случае пленок композиционных покрытий с наночастицами оксида алюминия изменения модуля упругости установлены для многослойных покрытий: увеличение до 559,0 МПа (5 слоев) и уменьшение до 415,2 МПа (10 слоев). Модуль упругости исследуемых однослойных покрытий значительно снижается в диапазоне 20−40 ºС. Наименьшие значения после воздействия температур определены для пленок с наночастицами (236,2 ± 10 %) МПа. Нанокомпозиты демонстрируют рост краевого угла смачивания с увеличением количества слоев композиционных покрытий до 20. Последующий рост толщины покрытий (количества слоев) приводит к увеличению гидрофильности нанокомпозитов. Разработанные составы нанокомпозиционных пленок перспективны в качестве сорбционных покрытий