Дисплей

Дисплей
Шифр эксперимента: Дисплей
Направление НПИ: 1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса
Секция КНТС: Космическое материаловедение
Наименование эксперимента: Определение динамических свойств пленок наночастиц, белков и их смесей с ПАВ
Цель эксперимента:

Определение механизмов стабилизации или дестабилизации пен и эмульсий в результате добавления в систему наночастиц в смеси с низко- и высокомолекулярными поверхностно-активными веществами (ПАВ), а также изменения конформации белковых молекул и их комплексов с ПАВ на межфазных границах.

Описание эксперимента:

Основной элемент НА «ФАСТЕР» представляет собой капиллярный тензиометр, позволяющий определять поверхностное натяжение по измерению разности давлений ?P между двумя соприкасающимися фазами с искривленной межфазной границей с радиусом кривизны R на основе прямого использования уравнения Лапласа. Одна из фаз формируется в виде капли или пузырька воздуха на конце капилляра с помощью специальной системы. ?P регистрируется одновременно с результатами измерения радиуса капли или пузырька. Площадь поверхности капли или пузырька изменяются по заданной программе. Прибор допускает различные функции изменения площади поверхности. Поэтому помимо измерения динамического поверхностного натяжения прибор позволяет определять поверхностные дилатационные реологические свойства. При гармонических колебаниях поверхности капли или пузырька модуль динамической поверхностной упругости определяется как отношение амплитуд колебаний поверхностного натяжения и относительной площади межфазной границы, а фазовый угол находится как разность фаз этих колебаний. В случае колебаний произвольной формы динамическая поверхностная упругость вычисляется как отношение фурье – образов временных зависимостей поверхностного натяжения и относительных изменений площади поверхности.

Оборудование полностью автоматизировано. Основные параметры каждого эксперимента (концентрации растворов, температура, частота колебаний или временная функция изменения площади поверхности, амплитуда колебаний, длительность измерений) задаются заранее. Перед началом каждого эксперимента выполняется калибровка датчиков давления и оптической системы.

Процесс измерений осуществляется в соответствии со следующим протоколом.

Шаг 1: Устанавливается температура термостатирования измерительной ячейки.

Шаг 2: Образуется капля (пузырек) в соответствии с заранее определенной последовательностью.

Шаг 3: Перед началом измерений мениск с помощью поршня устанвливается в начальное положение (внутри капилляра).

Шаг 4: Меняется увеличение оптической системы НА «ФАСТЕР» по заданной программе.

Шаг 5: Устанавливается оптимальная яркость освещения мениска с целью получения наиболее четкого изображения.

Шаг 6: В измерительную ячейку вводится исследуемое вещество (смесь веществ). Исследуемое вещество может также добавляться для изменения концентрации в ячейке.

Шаг 7: Выполняются измерения разности давлений и радиуса мениска. Все измерения должны быть выполнены два раза с целью исключения случайных ошибок.

Научная аппаратура:

Научная аппаратура «ФАСТЕР» (FASTER), представляющая капиллярный тензиометр, разработанный и изготовленный ЕКА.

НА «ФАСТЕР» состоит из двух блоков (контейнеров): собственно тензиометра и контроллера, соединенных между собой кабелем. Контроллер, который полностью занимает один ящик на европейской полке ящиков в модуле Коламбус, обеспечивает питание системы, контроль работы тензиометра, запись экспериментальных данных, их предварительную обработку и передачу на землю. Тензиометр включает в себя две ячейки, измерительные элементы, устройства формирования и деформации жидкого мениска и помещен в другой герметичный контейнер. В этом контейнере также находится термостатирующее устройство и оптические системы. Эти системы состоят из осветителя, обеспечивающего диффузное освещение мениска, и подсистемы создания изображения мениска в кинокамере. Возможное положение тензиометра в контейнере представлено на Рисунке 1. Рисунок 2 представляет тензиометр, смонтированный на пластине основания без контейнера.

Рисунок 1. Тензиометр внутри контейнера.

Рисунок 2. Вид тензиометра без контейнера.

Ожидаемые результаты:

Основными результатами КЭ будут следующие:

- будут определены динамические свойства адсорбционных пленок ПАВ на межфазной границе масло-водный раствор, определен механизм адсорбции ПАВ и найдены корреляции между дилатационными реологическими свойствами пленок и устойчивостью соответствующих эмульсий.

- будут выяснены механизмы формирования адсорбционных пленок микро- и наночастиц в присутствии ПАВ и полимеров. Будет установлена связь между поверхностными реологическими свойствами этих пленок и устойчивостью пен и эмульсий, стабилизированных наночастицами. На основе этих результатов будут найдены оптимальные составы для стабилизации или дестабилизации дисперсных систем.

- будет определены механизмы адсорбции белков, образования комплексов белок – ионное ПАВ на поверхности жидкости и развертывания белковых глобул в поверхностном слое.

Результаты предполагается использовать:

- результаты предполагается использовать в пищевой промышленности, а также в других отраслях промышленности (нефтеперерабатывающей, фармацевтической, косметической), где требуется создание устойчивых пен и эмульсий или, наоборот, быстрое разрушение эмульсий.

- полученная информация по кинетике различных процессов в белковых пленках, несомненно, также будет использована в пищевой промышленности и в медицине.

Состояние эксперимента: Готовится
Публикации по эксперименту:

1. Cs. Kotsmar, V. Pradines, V.S. Alahverdjieva, E.V. Aksenenko, V.B. Fainerman, V.I. Kovalchuk, J. Kragel, M.E. Leser, B.A. Noskov, R. Miller, Thermodynamics, adsorption kinetics and rheology of mixed protein-surfactant interfacial layers, Adv. Colloid Interface Sci., 150 (2009) 41–54.

2. Ph. Erni, E.J. Windhab, P. Fischer, Interfacial elasticity in food science and technology, in: “Interfacial Rheology”, Vol. 1, Progress in Colloid and Interface Science, R. Miller and L. Liggieri (Editors), Brill Publ., Leiden (2009) 614-653.

3. B.A. Noskov, S.N. Nuzhnov, G. Loglio, R. Miller, Dynamic Surface Properties of Sodium Poly(styrenesulfonate) Solutions, Macromolecules, 37 (2004) 2519-2526.

4. B.A. Noskov, A.Yu. Bilibin, A.V. Lezov, G. Loglio, S.K. Filippov, I.M. Zorin, R. Miller, Dynamic surface elasticity of polyelectrolyte solutions, Colloids Surf. A, 298 (2007) 115-122.

5. B.A. Noskov, G. Loglio, R. Miller, Dilational Viscoelasticity of Polyelectolyte/Surfactant Adsorption layers at the Air/Water Interface: Dodecyltrimethylammonium Bromide and Sodium Poly(styrenesulfonate), J. Phys. Chem. B, 108 (2004) 18615-18622.

6. B.A. Noskov, D.O. Grigoriev, S.-Y. Lin, G. Loglio, R. Miller, Dynamic Surface Properties of Polyelectrolyte/Surfactant Adsorption layers at the Air/Water Interface: Poly(diallyldimethylammonium chloride) and Sodium Dodecylsulfate, Langmuir, 23 (2007) 9641-9651.

7. B.A. Noskov, A.G. Bykov, S.-Y. Lin, G. Loglio, R. Miller, Dilational visco-elasticity of polyelectrolyte/surfactant adsorption layers at the air/water interface: Poly(vinyl pyridinium chloride) and sodium dodecylsulfate, Colloids Surf. A, 322 (2008) 71-78.

8. A.G. Bykov, S.-Y. Lin, G. Loglio, R. Miller, B.A. Noskov, Kinetics of Adsorption Layer Formation in Solutions of Polyacid/Surfactant Complexes, J. Phys. Chem. C, 113 (2009) 5664-5671.

9. J. Banhart, F. Garcia-Moreno, S. Hutzler, D. Langevin, L. Liggieri, R. Miller, A. Saint-Jalmes, D.Weaire, Foams and emulsions in space. Europhysics News, 39 (2008) 26-28.

10. W. Ramsden, Separation of solids in the surface-layers of solutions and suspensions, Preliminary account., Proc R Soc 72 (1903) 156-164.

11. S.U. Pickering, Emulsions, J Chem. Soc. 91 (1907) 2001-2021.

12. E.H. Lucassen-Reynders, M. van den Tempel, Stabilization of water-in-oil emulsions by solid particles, J. Phys. Chem., 67 (1963) 731-734.

13. A.Ф. Корецкий, П.M. Kругляков, Изв. Сиб. Oтд. Aкад. Наук. СССР, Сер. Хим. Наук, 2 (1971) 139.

14. R. Aveyard, B.P. Binks, J.H. Clint, Emulsions stabilised solely by colloidal particles, Adv. Colloid Interface Sci., 100-102 (2003) 503-546.

15. P. Kralchewski, K. Nagayama, Particles at Fluid Interfaces, Attachment of Colloid Particles and Proteins to Interfaces and Formation of Two-Dimensional Arrays, in “Studies in Interface Science”, Vol. 10, D. Mobius and R. Miller (Editors), Elsevier, Amsterdam (2001).

16. S. Lu, R.J. Pugh, E. Forssberg, Interfacial Separation of Particles, in: “Studies in Interface Science”, Vol. 20, D. Mobius and R. Miller (Editors), Elsevier, Amsterdam (2004).

17. P.M. Kruglyakov, A. Nushtayeva, Emulsions stabilised by solid particles: the role of capillary pressure in the emulsion films, in: “Emulsions: Structure, Stability and Interactions”, Vol. 4, D.N. Petsev (Editor), Interface Science and Technology Series, Elsevier, Amsterdam (2004) 641-676.

18. S. Arditty, C. Whitby, V. Schmitt, B. Binks, F. Leal-Calderon, Some general features of limited coalescence in solid-stabilized emulsions, Eur. Phys. J. E, 11 (2003) 273-281.

19. J.L. Dickson, B.P. Binks, K.P. Johnston, Stabilization of carbon dioxide-in-water emulsions with silica nanoparticles, Langmuir, 20 (2004) 7976-7983.

20. Q.Y. Xu, M. Nakajima, B.P. Binks, Preparation of particle-stabilized oil-in-water emulsions with the microchannel emulsification method, Colloids Surfaces A, 262 (2005) 94-100.

21. D. Wang, H. Duan, H. Mohwald, The water/oil interface: the emerging horizon for self-assembly of nanoparticles, Soft Matter, 1 (2005) 412-416.

22. P.A. Kralchevsky, I.B. Ivanov, K.P. Ananthapadmanabhan, A. Lips, On the thermodynamics of particlestabilized emulsions: Curvature effects and catastrophic phase inversion, Langmuir, 21 (2005) 50-63.

23. B.P. Binks, R.Murakami, S.P. Armes, S. Fujii, Temperature-induced inversion of nanoparticle-stabilized emulsions, Angew. Chem. Int. Ed., 44 (2005) 4795-4798.

24. G. Kaptay, On the equation of the maximum capillary pressure induced by solid particles to stabilize emulsions and foams and on the emulsion stability diagrams, Colloids Surfaces A, 282-283 (2006) 387-401.

25. M. Schmitt-Rozieres, J. Kragel, D.O. Grigoriev, L. Liggieri, R. Miller, S. Vincent-Bonnieu, M. Antoni., From Spherical to Polymorphous Dispersed Phase Transition in Water/Oil Emulsions, Langmuir, 25 (2009) 4266-4270.

26. B.P. Binks, T.S. Horozov, Aqueous foams stabilized solely by silica nanoparticles, Angew. Chem. Int. Ed., 44 (2005) 3722-3725.

27. T. Kostakis, R. Ettelaie, B.S. Murray, Effect of high salt concentrations on the stabilization of bubbles by silica particles, Langmuir, 22 (2006) 1273-1280.

28. U.T. Gonzenbach, A.R. Studart, E. Tervoort, L.J. Gauckler, Stabilization of foams with inorganic colloidal particles, Langmuir, 22 (2006) 10983-10988.

29. B.P. Binks, R. Murakami, Phase inversion of particle-stabilized materials from foams to dry water, Nature Materials, 5 (2006) 865-869.

30. U.T. Gonzenbach, A.R. Studart, E. Tervoort, L.J. Gauckler, Ultrastable particle-stabilized foams, Angew. Chem. Int. Ed., 45 (2006) 3526-3530.

31. A. Cervantes Martinez, E. Rio, G. Delon, A. Saint-Jalmes, D. Langevin, B.P. Binks, On the origin of the remarkable stability of aqueous foams stabilised by nanoparticles: link with microscopic surface properties, Soft Matter, 4 (2008) 1531-1535.

32. B.P. Binks, M. Kirkland, J.A. Rodriguez, Origin of stabilisation of aqueous foams in nanoparticle-surfactant mixtures, Soft Mater, 4 (2008) 2373-2382.

33. B.P. Binks, Particles as surfactants - similarities and differences, Current Opinion in Coll. Interf. Sci., 7 (2002) 21-41.

34. B.P. Binks, T.S. Horozov (Editors), Colloidal Particles at Liquid Interfaces, Cambridge University Press; 2006.

35. R. Aveyard, J.H. Clint, D. Nees, V.N. Paunov, Compression and structure of monolayers of charged latex particles at air_water and octane_water interfaces, Langmuir, 16 (2000) 1969.

36. F. Ravera, E. Santini, G. Loglio, M. Ferrari, L. Liggieri, Effect of nanoparticles on the interfacial properties of liquid/liquid and liquid/air surface layer, J. Phys. Chem. B, 110 (2006) 19543-19551.

37. F. Ravera, M. Ferrari, L. Liggieri, G. Loglio, E. Santini, A. Zanobini, Liquid-liquid interfacial properties of mixed nanoparticle-surfactant systems, Colloids Surfaces A, 323 (2008) 99-108.

38. R. Miller, V.B. Fainerman, V.I. Kovalchuk, D.O. Grigoriev, M. Leser, M. Michel, Composite interfacial layers containing micro-size and nano-size particles., Adv. Colloid Interface Sci. 128-130 (2006) 17-26.

39. V.B. Fainerman, V.I. Kovalchuk, E.H. Lucassen-Reynders, D.O. Grigoriev, J.K. Ferri, M. Leser, M. Michel, R. Miller, H. Mohwald, Surface pressure isotherms of monolayers formed by microsize and nanosize particles, Langmuir, 22 (2006) 1701-1705.

40. E. Santini, F. Ravera, M. Ferrari, C. Stubenrauch, A.V. Makievski, J. Kragel, A surface rheological study of non-ionic surfactants at the water-air interface and the stability of the corresponding thin foam films, Colloids Surfaces A, 298 (2007) 12-21.

41. D. Wasan, A. Nikolov Thin liquid films containing micelles or nanoparticles, Current Opinion in Coll.Interf.Sci., 13 (2008) 128-133.

42. E. Santini, L. Liggieri, L. Sacca, D. Clausse, F. Ravera, Interfacial rheology of Span 80 adsorbed layers at paraffin oil-water interface and correlation with the corresponding emulsion properties, Colloids and Surfaces A-Physicochemical and Engineering Aspects, 309 (2007) 270-279.

43. D.E. Tambe, M.M. Sharma, Factors controlling the stability of colloid-stabilized emulsions. II. A model for the rheological properties of colloid-laden interfaces. Journal of Colloid and Interface Science, 171 (1995) 456-462.

44. L. Liggieri, F. Ravera, M. Ferrari, A. Passerone, G. Loglio, R. Miller, A. Makievski, J. Kragel, Results on microgravity investigation on adsorption and interfacial rheology of soluble surfactants from the experiment FAST onboard STS-107., Microgravity sci. technol. XVIII-3/4 (2006) 112-116.

45. H.B. Bull, Spread Monolayers of Protein, Advan. Protein Chem., 3 (1947) 95-121.

46. D.E. Graham, M.C. Phillips, Proteins at liquid interfaces: II. Adsorption isotherms, J. Colloid Interface Sci., 70 (1979) 415-426.

47. Protein at liquid interfaces, Mobius, D.; Miller R., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands (1998).

48. D.E. Graham, M.C .Phillips, Proteins at liquid interfaces. V. Shear properties, J. Colloid Interface Sci., 76 (1980) 240-250.

49. B.A. Noskov, D.O. Grigoriev, A.V. Latnikova, S.-Y. Lin, G. Loglio, R. Miller, Impact of globule unfolding on dilational viscoelasticity of ?-lactoglobulin adsorption layers, J. Phys. Chem. B, 113 (2009) 13398–13404.

50. А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын, Физика белка, КДУ, Москва (2005).

51. M.B.J. Meinders, H.H.J. de Jongh, Limited conformational change of -lactoglobulin when adsorbed at the air-water interface, Biopolymers, 67 (2002) 319-322.

52. E.V. Kudryashova, M.B.J. Meinders, A. Visse, H.H.J. van Hoek, H.H.J. de Jongh, Structure and dynamics of egg white ovalbumin adsorbed at the air/water interface Eur. Biophys. J. Biophys. Lett., 32 (2003) 553-562.

53. A.H. Martin, M.B.J. Meinders, M.A. Bos, M.A. Cohen Stuart, T. van Vliet, Conformational Aspects of Proteins at the Air/Water Interface Studied by Infrared Reflection?Absorption Spectroscopy, Langmuir, 19 (2003) 2922-2928.

54. S. Damodaran, In situ measurement of conformational changes in proteins at liquid interfaces by circular dichroism spectroscopy, Anal. Bioanal. Chem., 375 (2003) 182-188.

55. P.A. Wierenga, M.R. Egmond, A.G.J. Voragen, H.H.J. de Jongh, The adsorption and unfolding kinetics determines the folding state of proteins at the air–water interface and thereby the equation of state, J. Colloid Interface Sci., 299 (2006) 850-857.

56. M.D. Lad, F. Birembaut, J.M. Matthew, R.A. Frazierb, R.J. Green, The adsorbed conformation of globular proteins at the air/water interface, Phys. Chem. Chem. Phys., 8 (2006) 2179-2186.

57. J.R. Lu, T.J. Su, R.K. Thomas, Structural Conformation of Bovine Serum Albumin Layers at the Air–Water Interface Studied by Neutron Reflection, J. Colloid Interface Sci., 213 (1999) 426-437.

58. J.R. Lu, T.J. Su, B.J. Howlin, The Effect of Solution pH on the Structural Conformation of Lysozyme Layers Adsorbed on the Surface of Water, J. Phys. Chem. B, 103, (1999) 5903-5909.

59. B.A. Noskov, A.V. Latnikova, S.-Y.Lin G., Loglio, R. Miller, Dynamic Surface Elasticity of ?-Casein Solutions during Adsorption, J. Phys. Chem. C, 111 (2007) 16895-16901.

60. A.V. Latnikova, S.-Y. Lin, G. Loglio, R. Miller, B.A. Noskov, Impact of Surfactant Additions on Dynamic Properties of ?-Casein Adsorption Layers, J. Phys. Chem. C, 112 (2008) 6126-6131.

61. B.A. Noskov, Fast adsorption at the liquid-gas interface, Adv. Colloid Interface Sci., 69 (1996) 63-129.

62. B.A. Noskov, A.V. Akentiev, D.A. Alexandrov, G. Loglio, R. Miller, Dynamic Surface Properties of Solutions of Poly(ethylene oxide) and Polyethylene Glycols, J. Phys. Chem. B, 104 (2000) 7923-7931.

63. B.A. Noskov, A.V. Akentiev, R. Miller, Dynamic Properties of Poly(styrene)–Poly(ethylene oxide) Diblock Copolymer Films at the Air–Water Interface, J. Colloid Interface Sci., 247 (2002) 117-124.

64. B.A. Noskov, A.V. Akentiev, A.Yu. Bilibin, I.M. Zorin, R. Miller, Dilational surface viscoelasticity of polymer solutions, Adv. Colloid Interface Sci., 104 (2003) 245-271.

65. B.A. Noskov, A.V. Akentiev, A.Yu. Bilibin, D.O. Grigoriev, G. Loglio, I.M. Zorin, R. Miller, Dynamic Surface Properties of Poly(N-isopropylacrylamide) Solutions, Langmuir, 20 (2004) 9669-9676.

66. Б.А. Носков, Динамическая поверхностная упругость растворов поверхностно-активных веществ, Коллоид. журн., 44 (1982) 492-498.

67. B.A. Noskov Dynamic surface elasticity of polymer solutions, Colloid Polym. Sci., 273 (1995) 263-270.

68. Б.А. Носков Динамические поверхностные свойства растворов коллоидных поверхностно-активных веществ, Изв. АН СССР. МЖГ., N5 (1989) 105-114.

69. Б.А. Носков Динамические свойства гетерогенных поверхностных слоев. Рассеяние капиллярных волн., Изв. АН СССР. МЖГ, N1 (1991) 129-137.

70. B.A. Noskov Dynamic properties of heterogeneous surface films. Multiple scattering of surface waves, J. Chem. Phys., 108 (1998) 408-417.

71. Advances in Food Colloids, E. Dickinson, D.J. McClements (Editors), Blackie, Glasgow (1995).

72. Food Colloids, Biopolymers and Materials, E. Dickinson and T. van Vliet (Editors), Royal Society of Chemistry, Cambridge (2003).

73. Food Colloids: Interactions, Microstructure and Processing, E. Dickinson (Editor), Royal Society of Chemistry, Cambridge (2005).

74. E. Dickinson, Colloid science of mixed ingredients, Soft Matter, 2 (2006) 642-652.

75. L.G. Cascao Pereira, O. Theodoly, H.W. Blanch, C.J. Radke, Dilatational Rheology of BSA Conformers at the Air/Water Interface, Langmuir, 19 (2003) 2349-2356.

76. C.R. Vessely, J. Carpenter; D. Schwartz, Calcium-Induced Changes to the Molecular Conformation and Aggregate Structure of ?-Casein at the Air/Water Interface, Biomacromolecules, 6 (2005) 3334-3344.

77. G. Bantchev, D. Schwartz, Structure of ?-Casein Layers at the Air/Solution Interface: Atomic Force Microscopy Studies of Transferred Layers, Langmuir, 20 (2004) 11692-11697.

78. B.A. Noskov; S.-Y. Lin; G. Loglio; R.G. Rubio; R. Miller, Dilational Viscoelasticity of PEO?PPO?PEO Triblock Copolymer Films at the Air/Water Interface in the Range of High Surface Pressures Langmuir, 22 (2006) 2647-2652.

Последнее обновление: 15.11.2017