Оптимизация процессов кристаллизации биоматериалов

• Автор: Безбах, Илья Жанович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Калуга
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

Глава 1. Анализ литературы

1.1. Общая характеристика проблемы кристаллизации

биоматериалов

1.2. Обзор методов выращивания биокристаллов, применяемых

в наземных и космических условиях

1.3. Обзор средств управления кристаллизацией

1.4. Выводы к главе

Глава 2. Исследование процесса взаимной диффузии

ДЛЯ МОЛЕКУЛ БЕЛКА И ОСАДИТЕЛЯ В УСЛОВИЯХ

РЕАЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ КРИСТАЛЛОВ БЕЛКОВ

НА ПРИМЕРЕ МОДЕЛЬНОГО БЕЛКА ЛИЗОЦИМА
2.1. Способы описания диффузионных процессов
2.2. Описание математической модели
2.2.1. Уравнения тепломассопереноса
2.2.2. Начальные и граничные условия
2.2.3. Моделирование осаждения кристаллов
2.3. Результаты расчета процесса взаимной диффузии молекул
белка и осадителя
2.4. Выводы к главе
Глава 3. Исследование влияния конвективных воздействий
НА ХАРАКТЕР ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДЛЯ СЛУЧАЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ЗЕМНЫХ И КОСМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ С УЧЕТОМ плотностной, ТЕРМОГРАВИТАЦИОННОЙ И ТЕРМОКАПИЛЛЯРНОЙ (МАРАНГОНИ) КОНВЕКЦИЙ
3.1. Описание возможных причин возникновения конвективных процессов и методов кристаллизации, подверженных
их воздействию
3.2. Описание примененного подхода к математическому
моделированию

3.3. Результаты расчетов структуры и скоростей конвективных
потоков при кристаллизации в объеме раствора
3.4. Результаты расчетов структуры и скоростей конвективных
потоков при кристаллизации методом лежачей капли
3.5. Выводы к главе
Глава 4. Исследование влияния вибрационных возмущений
на ПРОЦЕСС кристаллизации
4.1. Описание особенностей кристаллизации белков
в невесомости
4.2. Влияние вибраций на процесс выращивания кристаллов
полупроводниковых материалов
4.3. Анализ влияния вибраций на процесс кристаллизации
биоматериалов
4.4. Выводы к главе
Глава 5. Разработка метода управления кристаллизацией
5.1. Анализ существующих методик осуществления
управляемой кристаллизации
5.2. Выбор методики управления кристаллизацией путем создания и регулирования температурного градиента
в растворе
5.3. Создание математической модели для описания
вызываемой градиентом температуры кристаллизации биоматериала
5.4. Результаты расчетов и теоретическая иллюстрация потенциального преимущества температуры для осуществления управляемой кристаллизации в земных
и космических условиях
5.5. Выводы к главе
Глава 6. Разработка экспериментального оборудования
для управляемого температурой выращивания высокосовершенных кристаллов биоматериалов
6.1. Известные предпосылки для осуществления температурноуправляемой кристаллизации биоматериалов
6.2. Разработка конструкции ростовой аппаратуры для

выращивания биокристаллов в условиях температурного градиента в ячейке капиллярного типа при прецизионном управлении температурой
6.3. Результаты экспериментов по управляемой кристаллизации биоматериалов на примере модельного белка лизоцима
6.4. Результаты рентгенодифракционных исследований выращенных кристаллов модельного белка лизоцима
6.5. Выводы к главе
Общие выводы и заключения
Благодарности
Литература
Приложения,

возникают конвекционные участки, что заметно изменяет поле концентраций и не позволяет контролировать условия кристаллизации по высоте камеры. Распределение кристаллов при этом стремится к хаотическому и беспорядочному.
В [24] была создана модель для описания конвективного массопереноса как биоматериала, так и примесей, типично сопутствующих ему в растворе. Авторы рассматривали конвективный и диффузионный массоперенос к изолированному кристаллу, растущему из раствора, с условием ограничения роста поверхностной кинетикой. Были сформулированы требования к уровню микрогравитации в космических экспериментах для достижения диффузионного массопереноса. Например, чтобы добиться переноса с преобладанием диффузии для ферритина, требуется достичь значения g/g0 > КГ4, а при g = g0 конвекция будет доминировать. Показано, что распределение примеси в кристалле всегда будет неоднородным при наличии конвекции, так как гравитационная конвекция повышает количество примеси, доставляемой к растущему кристаллу. Отмечается, что растворы белков, в сравнении со случаем кристаллизации неорганических материалов (с типичным коэффициентом содержания примесей КГ5), содержали на порядки больше примесей, которые при условиях доминирования конвекции над диффузионным переносом непрерывно встраивались в кристалл.
В [25] на основе системы уравнений Навье-Стокса в приближении Буссинеска моделировали естественную и вибрационную конвекцию, вызываемую устойчивой остаточной силой тяжести и высокочастотными вибрационными колебаниями на орбитальных платформах. Подчеркивалось, что присутствие такие возмущений может вызвать сильные расхождения в сравнении с ожидаемыми "идеальными" результатами в невесомости. Было показано, что вибрационные колебания величиной g/go>l0~3 вносят значительные искажения в картину массопереноса.