Влияние лазерного излучения на кракелюр-структуру пленки альбумина

АННОТАЦИЯ

В настоящее время лазерная терапия широко используется в медицине. Доказано, что лазеры оказывают положительное влияние на человека, но почему это происходит на микроуровне - неизвестно. Поэтому изучение механизмов воздействия лазерного излучения на биологические материалы является актуальной проблемой. Цель работы: выяснить, как лазерное излучение воздействует на структуру белка. В качестве биоматериала взят альбумин . Его облучали в течении 20 минут. Под действием лазерного излучения произошло измельчение кракелюр-структур.

1.ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время лазерная терапия широко используется в медицине. Лазеры были внедрены в медицинскую практику сравнительно недавно, около 30 лет назад, тем не менее успехи их применения в медицине сегодня очевидны и весьма впечатляющи. Изучение биостимулирующих эффектов низкоинтенсивного лазерного излучения открыло широкие перспективы применения лазеров почти во всех областях медицины. В терапевтических целях лазеры и лазерное излучение применяют для лечения различных заболеваний. Среди этих заболеваний встречаются патологические изменения на клеточном, тканевом, органном, уровнях [1]. Доказано, что лазеры оказывают положительное влияние на ткани человека, но каким образом это происходит на микроуровне – вопрос остается открытым. Именно поэтому и изучение механизмов воздействия лазерного излучения на биологические материалы является актуальной проблемой. Лазер, или оптический квантовый генератор - это техническое устройство, испускающее свет в очень узком спектральном диапазоне в виде направленного высококогерентного, монохроматического, поляризованного луча, т.е. потока высокоорганизованных фотонов. Применяется излучение в диапазоне длин волн от 0,3 до 10,06 мкм (от ультрафиолетового до инфракрасного). В отличие от медикаментозных методов лазерная терапия строго локальна, дозирована и неинвазивна; воздействие производится на клетки и ткани извне, нормализуя обычные биотические процессы. Лазерная терапия регулирует метаболизм, микроциркуляторную систему, иммунитет [2].

Цель работы: выяснить, как лазерное излучение воздействует на структуру белка. В качестве биоматериала взят яичный белок.

Задачи работы: выяснить, как устроена молекула белка и какие структуры могут изменяться под влиянием лазерного излучения. Экспериментальным путем определить, происходят ли изменения в структуре белка под действием лазерного излучения.

Выделяют четыре структуры белка. Первичная структура, представляет собой последовательность аминокислотных остатков, соединенных друг с другом пептидными связями. Далее, благодаря образованию водородных связей между радикалами, отдельные участки белковой молекулы закручиваются в спираль или формируют складчатый слой. В результате образуется вторичная структура белка. Дополнительные связи определяют формирование третичной структуры белка. Многие белки имеют четвертичную структуру, которая образуется, когда несколько молекул белка, имеющих третичную структуру, взаимодействуют друг с другом через радикалы аминокислот. В результате формируется молекула в виде шара (глобулярные белки) или нити (фибриллярные белки). В отличие от фибриллярных белков, играющих главным образом опорную или защитную роль в организме, многие глобулярные белки выполняют динамические функции. К глобулярным белкам относятся почти все известные ферменты, антитела, некоторые гормоны и многие транспортные белки [4].

К глобулярным белкам относятся и альбумины, белки, хорошо растворимые в воде и солевых растворах. Альбумины являются основными резервными белками и входят в состав сыворотки крови (сывороточные альбумины), яичного белка (овальбумин), молока (лактальбумин), а также составляют один из основных классов запасающих белков семян высших растений [5].

Поэтому, вследствие широкой распространнености альбуминовых белков, в качестве объекта эксперимента нами был выбран яичный белок, содержащий овальбумин.

Мы брали куриное яйцо, отделяли желток от белка в отдельную кювету. На предметное стекло выливали половину белка до облучения, и оставляли свободно растекаться. Кювету с оставшимся белком подвергали воздействию лазерного излучения в течение 20 минут. После облучения выливали на второе стекло и тоже оставляли свободно растекаться. Было сделано 2 серии экспериментов с использованием разных стекол.

В первой серии белок поливался на чистое стекло, а во второй – на стекло с тонким желатиновым подслоем. Мы предположили, что желатин препятствует чрезмерному растеканию белка и способствует формированию более толстого слоя белка и , как следствие, более устойчивой структуры. Стекла оставили сушиться под бумажным колпаком на 10 дней при комнатной температуре и относительной влажности менее 70%. Попытки рассмотреть структуру поверхности через 2 дня не увенчались успехом, потому что она не образовались.

Мощность излучения составила около 15мВ. Длина волны красного лазерного излучения 633нанометра Интенсивность излучения мы посчитали по формуле  . Она составила около 200 мВт/см²

После окончания сушки белковый слой покрывался трещинами, образующими характерную структуру, названную кракелюрной.

Кракелю́р (фр. craquelure) — трещина красочного слоя или лака в произведении живописи (рис. 1).

Кракелюры бывают сквозными, т.е. проходящими через все слои живописного слоя, или могут возникнуть только в одном из слоёв; могут покрывать всю плоскость картины или находиться только в отдельных местах. Размеры их могут варьироваться от почти незаметных, тончайших, так называемых «волосяных», до весьма внушительных.

Трещины, т.е. нарушения целостности красочного слоя, лака или грунта, имеют различный характер и рисунок, и напрямую зависят от вызвавших их причин.



Рис. 1. Пример кракелюрной структуры на примере Джоконды

Такие трещины или «кракелюры» образуются в нормальных природных условиях со временем при повреждении поверхностного слоя такого покрытия от ультрафиолета, перепадов температур и влажности или же при ошибках в технологии нанесения лакокрасочных материалов. Верхний слой частично отделяется от основы и начинает усыхать, образуя видимые трещины.

Эффект «трещин» основан на разнице во времени высыхания состава и покрытия, которое трескается. Некоторые составы для «кракелюров» окончательно высыхают за несколько дней. Такой недосушенный состав обычно интенсивно вытягивает воду из лако-красочного материала на водной основе и обеспечивает достаточно "скользкую" поверхность, по которой ссыхается, трескаясь, краска или лак [6].

3.Результаты и их обсуждение

Оценка действия лазерного облучения на альбумин выполнялась наблюдением кракелюр-структур высохшей пленки. Эти структуры наблюдались визуально и с помощью веб-камеры. Невооруженным глазом видно, что структура белка после воздействия лазера более мелкая, пузыри расположены ближе к друг другу и меньше по размеру. А трещины длиннее и их значительно больше.

На стекле с желатиновым подслоем видно , что до воздействия пузырей совсем мало и преобладают трещины (рис. 2), а после воздействия трещин почти нет и очень много маленьких пузырей расположенных очень близко к друг другу (рис. 3).

При помощи фотографий, снятых веб-камерой, было вычислено, что средний диаметр пузырька в необлученных образцах составлял 5-6 мм , а в облученных 2-3 мм .

Таким образом, установлено, что при высыхании слоя яичного белка образуется характерная кракелюр-структура. Параметры этой структуры (частота и размеры пузырьков и трещин) существенно уменьшаются при лазерном воздействии на белок перед поливом на стекло.

1. 
   https://milta-f.ru/mil/msl/
   
2. 
   https://www.zvezda-zd.ru/laser.php
   
3. 
   https://www.rusdocs.com/struktura-belkov
   
4. 
   Биологический энциклопедический словарь. Гл. ред. М. С. Гиляров – 2-е изд., исправл. – М.: Сов. Энциклопедия, 1986.
   
5. 
   http://www.xumuk.ru/biospravochnik/393.html
   
6. 
   https://ru.wikipedia.org/