Лако-красочные материалы — производство

Мы исходим из того факта, что бислойная липидная мем­брана может находиться в состоянии механического натяжения (ср. [1 стр. 40]). Следовательно, в любой плоскости, перпенди-

Кулярной мембране, существует результирующее механическое мембранное натяжение ут, которое согласно принципу Юнга следует отнести к поверхности натяжения при рассмотрении механического равновесия. В полной аналогии с гиббсовским рассмотрением нерастворимых поверхностных пленок (ср. [11 ]) мы можем использовать следующее соотношение между инте­гральными мембранными величинами

Гт __ л, тдт. ..M M . .. „т

T() У Л "г Р2 2 +fVI3<l)

Для того чтобы определить химический потенциал pf в частично закрытой бислойной липидной мембране. При равновесии химический потенциал компонента 3 в мембране полностью определен, конечно, свободным контактом с окружающим вод­ным раствором, т. е. = р3. С другой стороны, мы можем ввести стандартное состояние объемной фазы, обозначаемой сверху звездочкой, для липидного компонента. В этом случае за соответствующее стандартное состояние выбран равновесный жидкокристаллический водный раствор липида (рис. 5) при
той же температуре, что и бислойная мембрана. Обратимая работа ат образования единицы поверхности мембраны в водном растворе из липида в стандартном состоянии дается тогда уравнением:

(2)

Из этого определяющего соотношения с очевидностью сле­дует, что ат [12] является инвариантом по отношению к перемеще­нию разделяющих поверхностей, отделяющих мембранную систему от толщи водного раствора. Таким образом, если разделяющие поверхности помещены в толщу водного раствора на некотором, достаточно удаленном, расстоянии от границ мембраны, уравнение (2) может быть переписано в тождествен­ной, но более ясной форме

АТАт = рт _ ^т _ и*„т _ ^т (3)

Не включающей избыточные свойства.

Из уравнения (3) с наибольшей очевидностью следует интер­претация от как работы образования. Если от < 0, самопро­извольно мембрана образуется при контакте липида в стандарт­ном объемном состоянии и водного раствора, или, иными словами, стандартное состояние будет неустойчиво. Для водно — лецитиновых систем, как правило от > 0; следовательно, необходимо произвести работу для того, чтобы разделить бислои, упакованные в ламеллярном жидком кристалле так, что толщина водной прослойки между соседними бислоями соответствует пределу набухания. После деления уравнений (1) и (2) на Ат Получаем:

УГ = FZ)!Ат — 1Т-ЦзП% . (4)

= F?)lAm — — l^3rf(i) (5)

Эти определяющие соотношения, очевидно, означают, что справедливо равенство

(6)

Т. е. разница между удельной поверхностной работой образова­ния мембраны и мембранным натяжением определяется непо­средственно разностью химических потенциалов р,™ —р,^.

В случае равновесного образования бислойной мембраны из стандартного состояния мы имеем р,™ = р* и, таким образом, согласно уравнению (6):

Ат = ут (7)

Если бы лишенная натяжения мембрана образовалась обра­тимо из стандартного состояния, то как ут, так и от были бы равны нулю.

Естественно, и вместе с тем удобно сравнить бислойное состояние мембраны с соответствующим монослойным. Запишем для этого также определяющие соотношения для (химиче­ского потенциала липидного компонента в монослойной пленке) и для of (работы образования единицы поверхности монослой­ной пленки). Эти соотношения полностью, аналогичны уравне­ниям (4) и (5), а именно [11]

Yi^ryrf-M-vAu) (8)

°F = /гП)/л/- ^2Г2- Мзгз О) (9)

Где Yf — натяжение монослойной пленки, т. е. поверхностное натяжение покрытой пленкой поверхности водного раствора.

Поверхностным давлением монослойной пленки, как обычно, является разность Yw — Yf, где Yw — поверхностное натяжение водного раствора.

Ниже будет показано, что существует два представляющих особый интерес способа сравнения бислойного и монослойного состояний при заданной температуре, а именно: при одинаковых химических потенциалах pf = р£ (открытый бислой) и при одинаковой плотности головных групп (липида) Г^ = 2Г£ (частично закрытая бислойная мембрана). В первом случае мы имеем уз уравнений (4) и (8):

AY = ут — 2Yf = Fft/Л» — 2Ff(L)/Af — — — 2FJ (1))

(10)

W = Л)

Во втором случае из уравнений (5) и (9) получаем:

Да =om-2of= F"/Am- 2 F^/Af — р3 (Г3™(1) — 2rJfl)) (11)

(Г — = 2Г0

Доминирующим членом в уравнении (10), так же как и в уравнении (11), является в подавляющем большинстве слу­чаев, представляющих для нас интерес, FfiJA"1 —2Ffn)/Af.

Для жидкорастянутой, достаточно плотноупакованной, би­слойной мембраны из чистого лецитина мы можем ожидать, что ут составляет несколько дин/см, в то время как для монослоя в физико-химическом равновесии с подобным бислоем Yf, Вероятно, должно быть ~20 дин/см, что соответствует поверх­ностному давлению порядка 50 дин/см [15]. Таким образом, Ау как и Да, порядка 40дин/см. Очевидно, что Да соответствует работе обратимого соединения двух монослоев с образованием бислоя, т. е. Дог есть работа, необходимая для разрыва бислоя в 1 см2 для образования двух поверхностей водного раствора, покрытых монослоем, при условии неизменности плотности липидных головных групп.