Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С
Методом диференційної сканувальної калориметрії досліджено склування, кристалізацію і плавлення в плазмі кордової крові з додаванням 1,2-пропандіолу, гліцерину і диметилсульфоксиду в діапазоні низьких та середніх концентрацій і в інтервалі температур 0÷–196 °С. Виявлено, що при змішуванні плазми кор...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31092 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С / А.В. Зинченко, Е.Н. Боброва // Доп. НАН України. — 2010. — № 12. — С. 166-170. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859570035634208768 |
|---|---|
| author | Зинченко, А.В. Боброва, Е.Н. |
| author_facet | Зинченко, А.В. Боброва, Е.Н. |
| citation_txt | Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С / А.В. Зинченко, Е.Н. Боброва // Доп. НАН України. — 2010. — № 12. — С. 166-170. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Методом диференційної сканувальної калориметрії досліджено склування, кристалізацію і плавлення в плазмі кордової крові з додаванням 1,2-пропандіолу, гліцерину і диметилсульфоксиду в діапазоні низьких та середніх концентрацій і в інтервалі температур 0÷–196 °С. Виявлено, що при змішуванні плазми кордової крові з розчинами 1,2-пропандіолу стабільність аморфного склоподібного стану вища, ніж при змішуванні з розчинами гліцерину і диметилсульфоксиду тих же концентрацій. При концентраціях у системі всіх досліджуваних кріопротекторів понад 40% відбувається кристалізація льоду з аморфної фази в ході нагрівання заморожених зразків. У системах, що мають у своєму складі диметилсульфоксид, зареєстровані кристалізація і плавлення евтектик.
Glass transition, crystallization and melting in cord blood plasma at the addition of 1,2-propanediol, glycerol, and dimethyl sulfoxide under low and medium concentrations in the temperature interval 0÷–196 °С have been investigated by the method of differential scanning calorimetry. It was revealed that the stability of the amorphous glassy state is higher when cord blood plasma is mixed with 1,2-propanediol solutions, than that under mixing with glycerol and dimethyl sulfoxide solutions of the same concentration. Ice crystallization from the amorphous phase during heating the frozen samples has been observed in the system under concentrations of all the investigated cryoprotectants over 40%. Eutectic crystallization and melting are recorded in the dimethyl sulfoxide-containing systems.
|
| first_indexed | 2025-11-26T22:12:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
12 • 2010
БIОФIЗИКА
УДК 611.018.5.013.8:577.3:547.42/43
© 2010
А.В. Зинченко, Е. Н. Боброва
Физические процессы в плазме кордовой крови
в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина
и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 ◦С
(Представлено академиком НАН Украины В.И. Грищенко)
Методом диференцiйної сканувальної калориметрiї дослiджено склування, кристалiза-
цiю i плавлення в плазмi кордової кровi з додаванням 1,2-пропандiолу, глiцерину i ди-
метилсульфоксиду в дiапазонi низьких та середнiх концентрацiй i в iнтервалi тем-
ператур 0 ÷ −196 ◦С. Виявлено, що при змiшуваннi плазми кордової кровi з розчинами
1,2-пропандiолу стабiльнiсть аморфного склоподiбного стану вища, нiж при змiшуваннi
з розчинами глiцерину i диметилсульфоксиду тих же концентрацiй. При концентрацiях
у системi всiх дослiджуваних крiопротекторiв понад 40% вiдбувається кристалiзацiя
льоду з аморфної фази в ходi нагрiвання заморожених зразкiв. У системах, що мають
у своєму складi диметилсульфоксид, зареєстрованi кристалiзацiя i плавлення евтектик.
Разработка способов консервирования низкими температурами в последнее десятилетие по-
лучила широкое развитие в технологии длительного хранения биологического материала.
Плазма и сыворотка кордовой крови, содержащей широкий спектр биологически актив-
ных веществ [1], могут использоваться в качестве компонентов сложных защитных сред
в технологическом процессе криоконсервирования. Так, например, наряду с криопротекто-
рами, содержание в криозащитной среде спермальной плазмы, кордовой сыворотки и аль-
бумина оказывает положительное влияние на восстановление подвижности спермиев пос-
ле криоконсервирования [2]. Известно, что процесс низкотемпературного консервирования
биологических систем сопровождается физическими процессами, такими как стеклование,
кристаллизация и плавление [3–5], которые могут оказывать повреждающее действие на
биологические объекты.
Нами исследованы фазовые переходы и стеклование в системе, содержащей плазму кор-
довой крови и водные растворы криопротекторов, широко используемых в криобиологии,
таких как 1,2-пропандиол (1,2-ПД), глицерин (Гл) и диметилсульфоксид (ДМСО) в темпе-
ратурном диапазоне 0÷ −196 ◦С.
166 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №12
Рис. 1. ДСК термограммы образцов плазмы в присутствии криопротекторов. Стрелками показаны харак-
терные скачки теплопоглощения, эндо- и экзотермические эффекты [3, 4]: 1 — расстеклование (Tg); 2 —
кристаллизация из аморфной фазы (Tc1); 3 — завершение кристаллизации льда при нагреве (Tc2); 4 —
кристаллизация эвтектических составов (Tce); 5 — плавление эвтектических составов (Tme); 6 — плавление
всей системы (Tm)
Материалы и методы. Кровь получали из сосудов последа (плаценты и пуповины)
после рождения ребенка и отделения его от матери. Цельную кордовую кровь центрифу-
гировали 5 мин при 800 g и собирали плазму. Готовили растворы концентраций: 20, 40, 60,
80% 1,2-ПД и глицерина, 20, 40, 50, 60, 80, 90% ДМСО на физиологическом растворе весо-
вым способом. Погрешность концентрации не превышала ±0,1%. Плазму кордовой крови
смешивали с растворами 1,2-ПД, глицерина и ДМСО в соотношении 1 : 1.
Исследования низкотемпературных фазовых переходов и стеклования в области темпе-
ратур 0÷−196 ◦С проводили на дифференциальном сканирующем калориметре (ДСК), раз-
работанном в Институте проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины [3]. Охла-
ждение всех образцов осуществляли путем погружения в жидкий азот. При этом средняя
скорость охлаждения составляла 3,3(3) ◦С/с. Термограммы регистрировали при нагреве со
скоростью 8,3(3) · 103 ◦С/с. Погрешность измерения температуры составляла ±0,2 ◦С.
Результаты и их обсуждение. ДСК термограммы плазмы кордовой крови с раство-
рами 1,2-ПД, глицерина и ДМСО в конечной концентрации 30 и 40% приведены на рис. 1.
Температуры фазовых переходов и стеклования во всех исследованных образцах плазмы
сведены в табл. 1. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что во всех систе-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №12 167
мах после охлаждения до низких температур формируются стеклообразные включения, на
что указывает скачок теплопоглощения. Этот факт указывает на наличие метастабильной
фракции в охлажденном образце. Дальнейший нагрев приводит при определенной темпе-
ратуре к развитию кристаллизации льда. В зависимости от концентрации криопротектора
кристаллизация носит разный характер. На термограммах ДСК образцов плазмы с 10–30%
Гл или 1,2-ПД регистрируется размытый экзотермический эффект (3 ), соответствующий
завершению процесса кристаллизации на этапе нагрева (Tc2, см. рис. 1, табл. 1). В образ-
цах, содержащих ДМСО в тех же концентрациях, пик 3 не регистрируется. Интенсивный
пик кристаллизации из аморфной фазы регистрируется на термограммах ДСК плазмы
с 40% всех трех исследованных криопротекторов (Tc1, см. рис. 1, табл. 1). При более низ-
ких концентрациях криопротекторов процесс кристаллизации льда из переохлажденной
аморфной фазы в этом температурном диапазоне не развивается. При характерной для
каждого образца температуре наблюдается интенсивный эндотермический пик 6 плавле-
ния льда в системе (Tm, см. рис. 1, табл. 1).
В образцах плазмы с растворами ДМСО интенсивность пиков кристаллизации (Tce)
и плавления (Tme) эвтектических составов в значительной степени меняется с концентра-
цией криопротектора (см. рис. 1, табл. 1). На термограммах ДСК плазмы с 10 и 45% ДМСО
эвтектические процессы не регистрируются, в то время как в водном растворе ДМСО соот-
ветствующих концентраций наблюдаются интенсивные пики кристаллизации и плавления
эвтектических составов [5]. В присутствии 20–40% ДМСО в образцах плазмы тепловые эф-
фекты кристаллизации и плавления эвтектических составов менее интенсивны, чем в во-
дных растворах ДМСО [5]. Указанные отличия обусловлены наличием в системе биологи-
ческих компонентов, существенно влияющих на состояние воды в растворе.
Сравнение количества сформировавшейся стеклообразной фазы для всех исследован-
ных нами образцов, проведенное посредством анализа интенсивности скачка теплопогло-
щения 1 при расстекловании (рис. 2), показало, что в присутствии криопротекторов в ко-
нечной концентрации 10% интенсивность расстеклования в образцах плазмы с 1,2-ПД, Гл
и ДМСО отличается незначительно. Повышение концентрации криопротекторов приводит
Таблица 1. Температуры фазовых переходов и стеклования в образцах, содержащих плазму и растворы
криопротекторов, ◦С
Криопротектор
Концентрация
криопротектора, % Tg Tc1 Tc2 Tce Tme Tm
— 0 — — — — — −1
1,2-ПД 10 −102 — −73,2 — — −8,7
20 −104,6 — −76,3 — — −20,4
30 −107,5 — −71 — — −32
40 −104,5 −84,2 — — — −34,9
Глицерин 10 −100 — −71,4 — — −7
20 −102 — −74,3 — — −18
30 −100 — −72,5 — — −20
40 −116,3 −112 — — — −34,8
ДМСО 10 −123,8 — — — — −9,4
20 −125 — — −71,3 −65 −15,4
25 −126 — — −74,2 −64 −23,3
30 −127 — — −74,2 −63,7 −41
40 −123,8 −110 — −71,4 −63,1 −57
45 −128,5 −91,5 — — — −74,8
168 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №12
Рис. 2. Скачок теплопоглощения при стекловании в образцах плазмы кордовой крови с добавками крио-
протекторов
к возрастанию скачка теплопоглощения для всех образцов, однако рост интенсивности про-
цесса расстеклования значительно более выражен в присутствии 1,2-ПД. Так, при увели-
чении концентрации 1,2-ПД в 4 раза, интенсивность скачка теплопоглощения 1 возрастает
в 7 раз, в то время как при аналогичном росте концентрации глицерина и ДМСО скачок
теплопоглощения увеличивается примерно в 2 раза. Этот факт свидетельствует о форми-
ровании большего количества стеклообразной фазы в образцах плазмы с 1,2-ПД, чем с Гл
и ДМСО в тех же концентрациях.
Таким образом, в образцах плазмы кордовой крови при смешении с растворами 1,2-ПД
стабильность аморфного состояния выше, чем при смешении с растворами глицерина
и ДМСО. Процесс кристаллизации из аморфной фазы развивается в плазме с 40% всех
трех исследованных криопротекторов. В системах, содержащих ДМСО, зарегистрированы
процессы кристаллизации и плавления эвтектических составов. Однако развитие этих про-
цессов в образцах плазмы значительно менее выражено по сравнению с водными раствора-
ми ДМСО аналогичных концентраций. Этот факт говорит о значительном ингибирующем
влиянии белков плазмы на процессы кристаллизации и плавления эвтектических составов.
1. Липина О.В., Прокопюк О.С., Савченко Ю.А. К вопросу о криоконсервировании плазмы кордовой
крови // Пробл. криобиологии. – 2000. – № 4. – С. 83–84.
2. Дунаевская А. В. Влияние спермальной плазмы, кордовой сыворотки и сыворотки крови человека в
среде криоконсервации на сохранность криоконсервированных спермиев // Там же. – 2000. – № 3. –
С. 44–49.
3. Зинченко А.В. Исследование фазовых переходов и физических состояний водных растворов много-
атомных спиртов в диапазоне температур −150 ◦C – 0 ◦C: Автореф. дис. . . . канд. физ-мат. наук. –
Киев, 1983. – 20 с.
4. Зинченко А.В., Боброва Е.Н., Щетинский М.И. Влияние глицерина и 1,2-пропандиола на фазовые
переходы и стеклование в суспензии эритроцитов кордовой крови при температуре ниже 0 ◦С // Доп.
НАН України. – 2003. – № 12. – С. 155–160.
5. Зинченко А. В., Боброва Е.Н. Кристаллизация и плавление эвтектик при нагреве замороженных
суспензий эритроцитов в присутствии диметилсульфоксида // Материалы IV Всеукр. науч.-техн.
конф. “Актуальные вопросы теоретической и прикладной биофизики, физики и химии “БФФХ –
2008”. – Севастополь, 2008. – С. 13–16.
Поступило в редакцию 19.03.2010Институт проблем криобиологии
и криомедицины НАН Украины, Харьков
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №12 169
A.V. Zinchenko, E.N. Bobrova
Physical processes in cord blood plasma in the presence of
1,2-propanediol, glycerol, and dimethyl sulfoxide below 0 ◦С
Glass transition, crystallization and melting in cord blood plasma at the addition of 1,2-propanediol,
glycerol, and dimethyl sulfoxide under low and medium concentrations in the temperature interval
0–196 ◦С have been investigated by the method of differential scanning calorimetry. It was revealed
that the stability of the amorphous glassy state is higher when cord blood plasma is mixed with
1,2-propanediol solutions, than that under mixing with glycerol and dimethyl sulfoxide solutions
of the same concentration. Ice crystallization from the amorphous phase during heating the frozen
samples has been observed in the system under concentrations of all the investigated cryoprotectants
over 40%. Eutectic crystallization and melting are recorded in the dimethyl sulfoxide-containing
systems.
170 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №12
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31092 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-26T22:12:10Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Зинченко, А.В. Боброва, Е.Н. 2012-02-22T20:40:53Z 2012-02-22T20:40:53Z 2010 Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С / А.В. Зинченко, Е.Н. Боброва // Доп. НАН України. — 2010. — № 12. — С. 166-170. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31092 611.018.5.013.8:577.3:547.42/43 Методом диференційної сканувальної калориметрії досліджено склування, кристалізацію і плавлення в плазмі кордової крові з додаванням 1,2-пропандіолу, гліцерину і диметилсульфоксиду в діапазоні низьких та середніх концентрацій і в інтервалі температур 0÷–196 °С. Виявлено, що при змішуванні плазми кордової крові з розчинами 1,2-пропандіолу стабільність аморфного склоподібного стану вища, ніж при змішуванні з розчинами гліцерину і диметилсульфоксиду тих же концентрацій. При концентраціях у системі всіх досліджуваних кріопротекторів понад 40% відбувається кристалізація льоду з аморфної фази в ході нагрівання заморожених зразків. У системах, що мають у своєму складі диметилсульфоксид, зареєстровані кристалізація і плавлення евтектик. Glass transition, crystallization and melting in cord blood plasma at the addition of 1,2-propanediol, glycerol, and dimethyl sulfoxide under low and medium concentrations in the temperature interval 0÷–196 °С have been investigated by the method of differential scanning calorimetry. It was revealed that the stability of the amorphous glassy state is higher when cord blood plasma is mixed with 1,2-propanediol solutions, than that under mixing with glycerol and dimethyl sulfoxide solutions of the same concentration. Ice crystallization from the amorphous phase during heating the frozen samples has been observed in the system under concentrations of all the investigated cryoprotectants over 40%. Eutectic crystallization and melting are recorded in the dimethyl sulfoxide-containing systems. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біофізика Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С Physical processes in cord blood plasma in the presence of 1,2-propanediol, glycerol, and dimethyl sulfoxide below 0 °С Article published earlier |
| spellingShingle | Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С Зинченко, А.В. Боброва, Е.Н. Біофізика |
| title | Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С |
| title_alt | Physical processes in cord blood plasma in the presence of 1,2-propanediol, glycerol, and dimethyl sulfoxide below 0 °С |
| title_full | Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С |
| title_fullStr | Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С |
| title_full_unstemmed | Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С |
| title_short | Физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °С |
| title_sort | физические процессы в плазме кордовой крови в присутствии 1,2-пропандиола, глицерина и диметилсульфоксида при температуре ниже 0 °с |
| topic | Біофізика |
| topic_facet | Біофізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31092 |
| work_keys_str_mv | AT zinčenkoav fizičeskieprocessyvplazmekordovoikrovivprisutstvii12propandiolaglicerinaidimetilsulʹfoksidapritemperatureniže0s AT bobrovaen fizičeskieprocessyvplazmekordovoikrovivprisutstvii12propandiolaglicerinaidimetilsulʹfoksidapritemperatureniže0s AT zinčenkoav physicalprocessesincordbloodplasmainthepresenceof12propanediolglycerolanddimethylsulfoxidebelow0s AT bobrovaen physicalprocessesincordbloodplasmainthepresenceof12propanediolglycerolanddimethylsulfoxidebelow0s |