Застосування електрофорезуу медичних дослідженнях

А б

План

Тема: Електрокінетичний потенціал. Електроосмос, електрофорез. Застосування електрокінетичних явищ в медицині.

Позааудиторна самостійна робота № 12

ІІІ рівень

ІІ рівень

4.Як експрес – методи використовують:

а) молекулярно – ситову; б) паперову;

в) осадову; г) тонкошарову хроматографії.

5. Хроматографічний метод базується на дослідженні сумішей за допомогою:

а) сорбційних процесів; б) осмотичного тиску;

в) різниці потенціалів; г) різниці температур.

6. У паперовій хроматографії як нерухому фазу використовують:

а) газову колонку; б) скляну пластинку;

в) хроматографічний папір; г) металеву пластинку.

7. Молекулярно – ситову хроматографію використовують для:

а) виділення і очищення полімерів;

б) визначення молекулярної маси білка;

в) визначення рівня холестерину в крові.

1. Поняття про електрокінетичні явища, їх класифікація.

2. Механізм виникнення електрофорезу та його застосування в медичній практиці.

3. Механізм виникнення електроосмосу та його застосування в медицині.

4. Потенціали течії та седиментації.

Час виконання: 2 години.

Мета роботи: Ознайомитися з електрокінетичними явищами першого та другого роду та їх застосуванням у медичній практиці.

Електрокінетичними називають явища, які грунтуються на взаємозв'язку між електричними та кінетичними властивостями дисперсних систем. Вони полягають у тому, що складові дисперсної системи (дисперсна фаза або дисперсійне середовище) рухаються в електричному полі, або, навпаки, виникає різниця потенціалів під час переміщення частинок або рідини.

Усі електрокінетичні явища пов'язані з існуванням на межі поділу фаз подвійного електричного шару. Їх класифікують таким чином.

1. Електрокінетичні явища першого роду, які пов'язані з пере­міщенням в електричному полі складових дисперсної системи (диспер­сної фази або дисперсійного середовища).До них належать: а) елект­рофорез;б) електроосмос.

2. Електрокінетичні явища другого роду, які пов'язані з виник­ненням різниці потенціалів під час переміщення частинок твердої фази (потенціал седиментації або осідання) або рідкого дисперсійного середовища (потенціал течії або перебігу). Це процеси, обернені до електрофорезу та електроосмосу.

Швидкість руху частинок в електричному полі залежить від вели­чини їх заряду. Тому наведені вище електрокінетичні явища дають змо­гу виміряти величину -потенціалу.

Наявність електричного заряду у частинок дисперсних систем і електрокінетичні явища були вперше виявлені професором Московсько­го університету Ф. Рейссом 1808 року.

Електрофорез. Електрофорез - це спрямоване переміщення частинок дисперсної фази у постійному електричному полі віднос­но нерухомого дисперсійного середовища. Вивчаючи електроліз води, Ф. Рейсс пропускав постійний електричний струм у приладі, який скла­дався з двох скляних трубок, заповнених водою, занурених у шар воло­гої глини (рис.8 а).

Рис. 8. Схема досліду Рейсса з електрофорезу (а) і рух частинок під

час електрофорезу (б)

При цьому він спостерігав помутніння рідини в трубці з позитивним електродом, очевидно за рахунок переміщення негативно заряджених частинок дисперсної фази (глини) до анода. Таке явище було назване електрофорезом.

Рухливість частинок в електричному полі зумовлена тим, що за умови накладання зовнішньої різниці потенціалів розривається ПЕШ на межі "ковзання", в результаті чого частинка набуває певного заряду і рухається до електрода, знак заряду якого протилежний до заряду час­тинки. При цьому протиіони дифузного шару переміщуються до проти­лежно зарядженого електрода (рис.8, б).

Швидкість руху частинок дисперсної фази пропорційна величині їх електрокінетичного потенціалу. Тому, спостерігаючи електрофоретич­ний рух частинок, можна визначити знак заряду частинок дисперсної фази і величину потенціалу.

За рівнянням Гельмгольца - Смолуховського, лінійна швидкість руху частинок (U₀) прямо пропорційна діелектричній проникності середовища (), величині - потенціалу,напруженості електричного поля (градієнта потенціалу) (H) і обернено пропорцій­на в'язкості середовища ():

U_o = ,

де _о - коефіцієнт пропорційності, який дорівнює діелектричній проник­ності вакууму (8,85 10^-12Ф/м).

Оскільки лінійна швидкість змінюється пропорційно до напруже­ності електричного поля, було введено поняття електрофоретичної рух­ливості (U_ефр) Електрофоретична рухливість дорівнює швидкості руху частинок за градієнта потенціалу 1 В/м:

U_ефр =

Якщо уявити лінійну швидкість U_o яквідношення лінійного зміщен­ня межі золю (S) до часу експерименту ():

U_o =S/ ,

а градієнт потенціалу H як відношення напруги зовнішнього поля (Е) до відстані між електродами (l):

Н = Е/1,

то електрофоретичну рухливість в експерименті можна обчислити за такою формулою:

U_ефр = .

З іншого боку,

U_ефр = = .

Тому

= .

Звідси одержуємо формулу для обчислення -потенціалу методом електрофорезу:

=

Рівняння Гельмгольца - Смолуховського можна застосовувати тоді, коли розміри частинок значно перевищують товщину подвійного елект­ричного шару. Тому воно придатне для визначення характеристики ерит­роцитів, лейкоцитів, мікроорганізмів та інших мікроскопічних біологіч­них об'єктів. Для білкових молекул і колоїдних частинок, розмір яких співмірний з товщиною ПЕШ, електрофоретична рухливість залежить від їх розмірів та форми.

Методика проведення електрофорезу. Експериментально електрофорез проводять у приладі, який є U-подібною градуйованою трубкою з боковим відростком (рис.9.).

Рис.9. Схема приладу для проведення електрофорезу: 1 -U-подібна трубка; 2 - кран; 3 - гумовий шланг; 4 - скляна лійка

Спочатку в посудину 1 наливають ультрафільтрат допоміжного золю (проміжну рідину) (приблизно 1/3 посудини). Закривають кран 2 і у лійку 4 наливають досліджуваний золь. Обережно відкриваючи кран, випус­кають забарвлений золь, який займає нижню частину приладу, витісня­ючи проміжну рідину вверх. Після занурення електродів у рідину кран закривають, вмикають струм і слідкують за переміщенням границі золю S(S =h₂ –h₁) за певний проміжок часу. Залежно від заряду колоїдних частинок межа золю піднімається до катода чи анода. Обчислюють величину -потенціалу за наведеною вище формулою.

Клітини організму мають різний за величиною заряд, причому кожен тип клітин звичайно характеризується певним, досить стабільним зна­ченням потенціалу. Жива протоплазматична поверхня та всі біологічні поверхні мають негативний заряд. Зокрема, у різних ссавців при рН = 7,4 величина -потенціалу еритроцитів коливається в межах від -7 до -22 мВ. У людини ця величина дорівнює-16,3 мВ.

Низьке значення ізоелектричної точки еритроцитів (рН_іет = 1,7), а також їх постійний негативний заряд можна пояснити йонізацією кислот­них груп фосфоліпідів на поверхні еритроцитів. Лейкоцити, як і еритроци­ти, рухаються до анода; їх негативний заряд зумовлений дисоціацією йоногенних груп білків сироватки крові, які адсорбуються на поверхні лейкоцитів.

За електрофоретичною рухливістю клітини крові можна розмісти­ти у такій послідовності: гранулоцити 0,6 ∙ 10^-12 м²/ (с ∙В); лімфоцити 0,8 ∙10-¹² м²/(с ∙В); еритроцити 1 ∙10^-12 м²/(с ∙В).

Впровадження електрофорезу у біохімічні дослідження дало змо­гу розділити складні суміші біологічних рідин і дослідити їх індивіду­альні характеристики, зокрема склад білків сироватки крові та шлунко­вого соку. Серед біологічних рідин найкраще досліджена і викликає най­більший інтерес кров (таблиця 3).

Дата добавления: 2015-05-23