Ocena wpływu cząstek nanostrukturalnych na reologię powierzchni modelowych błon biologicznych

Kierownik projektu: dr inż. Dorota Kondej

Streszczenie projektu:

Celem projektu było przeprowadzenie oceny wpływu cząstek nanostrukturalnych występujących w środowisku pracy na właściwości reologiczne modelowych błon biologicznych.

W badaniach stosowano nanorurki węglowe, które stanowią ważną grupę nanomateriałów i ze względu na swoje właściwości mają duży potencjał zastosowań. Wytypowane cząstki były zróżnicowane pod względem kształtu (nanorurki w postaci nanowłókien, nanorurki w postaci nanorożków), budowy (nanorurki jednościenne, nanorurki wielościenne), wymiarów (średnica zewnętrzna w skali nano oraz długość rzędu kilkudziesięciu nanometrów, kilku mikrometrów lub kilkudziesięciu mikrometrów), modyfikacji powierzchni.

Podstawą do przeprowadzenia oceny była analiza wyników uzyskanych z zastosowaniem metody wagi Langmuira-Wilhelmy’ego oraz metody wiszącej kropli i odniesienie parametrów charakteryzujących stan membrany jedno- i wieloskładnikowej wyznaczonych w obecności badanych nanorurek węglowych do odpowiednich parametrów określonych w warunkach kontrolnych (bez udziału tych cząstek). Analizie poddano:

- przebiegi izoterm kompresji i krzywych ściśliwości monowarstwy fosfolipidowej wyznaczonych przy różnych stężeniach nanocząstek w odniesieniu do przebiegu tych krzywych wyznaczonych w warunkach kontrolnych (bez dodatku badanych cząstek)

- organizację cząsteczek w stanie gazowym (G), stanie cieczy rozprężonej (LE), stanie pośrednim (I) oraz stanie cieczy skondensowanej (LC) w odniesieniu do pola powierzchni przypadającego na jedną cząsteczkę DPPC podczas kompresji monowarstwy fosfolipidowej prowadzonej w różnych warunkach pomiarowych

- charakter zmian wartości kąta przesunięcia fazowego, sprężystości powierzchniowej i lepkości powierzchniowej wieloskładnikowej membrany biomimetycznej, odpowiadającej składem naturalnej błonie występującej w części pęcherzykowej układu oddechowego człowieka, które wyznaczano przy zadanych częstotliwościach oscylacji powierzchni kropli utworzonej z zawiesin badanych cząstek o różnych stężeniach.

Stwierdzono, że badane nanorurki węglowe powodują zmianę właściwości reologicznych monowarstwy fosfolipidowej i wpływają na sposób organizacji cząsteczek na powierzchni międzyfazowej. Intensywność tych zmian zależy od rozwinięcia powierzchni właściwej nanorurek i nasila się wraz ze wzrostem stężenia cząstek nanostrukturalnych w fazie ciekłej. Nanorurki węglowe wpływają na dynamikę zmian napięcia powierzchniowego i parametry reologiczne obszaru powierzchniowego ciecz–powietrze. Zwiększenie stężenia nanorurek węglowych powoduje wzrost wartości sprężystości  powierzchniowej. Nanorurki węglowe powodują zmianę lepkości powierzchniowej. Zwiększenie tempa deformacji dylatacyjnej powoduje wzrost wartości sprężystości powierzchniowej i zmniejszenie lepkości powierzchniowej. Zarówno zwiększenie stężenia nanorurek węglowych, jak i zwiększenie częstotliwości oscylacji powierzchni skutkuje zmniejszeniem wartości kąta przesunięcia fazowego. Zmiana wartości parametrów reologicznych świadczy o zaburzeniu właściwości lepkosprężystych modelowych błon biologicznych w obecności badanych cząstek nanostrukturalnych.

Projekt  II.N.10. Wpływ stężenia badanych nanorurek węglowych na sprężystość powierzchniową wieloskładnikowej membrany biomimetycznej, odpowiadającej składem naturalnej błonie występującej w części pęcherzykowej układu oddechowego człowieka, przy oscylacji 0,25 Hz      

W ramach realizacji projektu opracowano materiały informacyjne nt. zagrożeń stwarzanych przez cząstki nanostrukturalne występujące w środowisku pracy do umieszczenia w serwisie internetowym CIOP-PIB w bazie wiedzy CHEMPYŁ oraz zalecenia dotyczące ograniczania narażenia na działanie cząstek nanostrukturalnych, które wydano drukiem w postaci broszury w nakładzie 200 egz. Projekty materiałów informacyjnych i zaleceń zostały zweryfikowane na seminarium, w którym wzięło udział 35 osób, w tym właściciele firm (6%), przedstawiciele kadry kierowniczej (31%) oraz  pracownicy (63%).

Wyniki projektu przedstawiono w 1 publikacji w czasopiśmie o zasięgu międzynarodowym, 2 publikacjach w czasopismach o zasięgu krajowym i 1 publikacji przygotowanej do czasopisma o zasięgu międzynarodowym, zaprezentowano na posterach na 2 konferencjach międzynarodowych i 4 konferencjach krajowych oraz w referacie na 1 seminarium.

Jednostka: Pracownia Zagrożeń Chemicznych

Okres realizacji: 01.01.2017 – 31.12.2019