Formation of metastabil liquid phases in the isotonic solution of sodium cloraide during cooling

  • A. T. Ходько Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, ул. Переяславская, 23, г. Харьков, 61015, Украина
Keywords: phase changes (transitions), liquid phase separation, crystallization, dispersed system, cryoprotectors

Abstract

In this paper the cooling process cryomicroscopy of 0.15 M of isotonic sodium chloride solution was conducted. It was shown that there is liquid – liquid phase change before the crystallization process. As a result, the coarse system (highly concentrated emulsion) was formed. The dispersed phase and the disperse medium in a binary system with the same qualitative chemical composition differ in concentration. Therefore, the greater is the volume ratio of the coexisting phases, the greater is the difference in their quantitative compositions. The dispersed phase, that composes the main volume in the system under investigation, should have lower NaCl concentration than the disperse medium and the initial solution. In this case it will be hypotonic (and disperse medium – hypertonic) in relation to cytoplasm of human internal environment. This physical-chemical factor, which hasn’t been considered previously, might be responsible for osmotic damage in living cells during cryopreservation of cell suspensions.

Downloads

Download data is not yet available.

References

1. Смит О. Биологическое действие замораживания и переохлаждения / О. Смит – М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. – 503с. / Smit O. Biologicheskoe deystvie zamorajivaniya i pereohlajdeniya / O. Smit. – M.: Izd-vo inostrannoy literatury', 1963. – 503s.

2. Структурные изменения и фазовые переходы в водных растворах нитрата гадолиния в процессе их замораживания / Г.П. Вишневская [и др.] // Физика твердого тела. – 2003., том 45, вып. 7. С. 1263 – 1266. / Strukturny'e izmeneniya i fazovy'e perehody' v vodny'h rastvorah nitrata gadoliniya v processe ih zamorajivaniya / G.P. Vishnevskaya [i dr.] // Fizika tverdogo tela. – 2003., tom 45, vy'p. 7. S. 1263 – 1266./

3. Ходько А.Т. Критические явления, фазовые переходы и физические состояния в водно – глицериновых растворах при охлаждении – отогреве / А.Т. Ходько // Вісник Харківського національного ун - ту. – 2012. – № 1026. – Хімія. Вип. 21 (44). – С. 177 – 184. / Hodko A.T. Kriticheskie yavleniya, fazovy'e perehody' i fizicheskie sostoyaniya v vodno – glicerinovy'h rastvorah pri ohlajdenii – otogreve / A.T. Hodko // Vi'snik Harki'vs'kogo naci'onal'nogo un - tu. – 2012. – № 1026. – Hi'mi'ya. Vip. 21 (44). – S. 177 – 184.

4. Ходько А.Т. Фазовые превращения в криопротекторной системе вода-диметилсульфоксид / А.Т. Ходько // Вісник Харківського національного ун - ту. – 2014. – № 1136. – Хімія. Вип. 24 (47). – С. 118 – 125. / Hodko A.T. Fazovy'e prevrasch'eniya v krioprotektornoy sisteme voda - dimetilsul'foksid /A.T. Hodko // Vi'snik Harki'vs'kogo naci'onal'nogo uni'versitetu. – 2014. – № 1136. Hi'mi'ya. Vip. 24 (47). – S. 118 - 125.

5. Tanner J.E. Observation of rapid freezing of salt solutions / J.E. Tanner // Cryobiology. – 1975. – V. 12. – № 4. – P. 353 – 363.

6. Life in the frozen state / edited by Barry J. Fuller, Nick Lane, Erica E. Benson. Boca Raton London New York Washington. – 2004. – 663 p.

7. Низкотемпературная кристаллизация в биологических системах / Пушкарь Н.С. [и др.]. – К.: Наукова думка, 1972. – 242 с. /Nizkotemperaturnaya kristallizaciya v biologicheskih sistemah / Pushkar' N.S. [i dr.]. – K.: Naukova dumka, 1972. – 242 s./

8. Шпакова Н.М. Гіпертонічний кріогемоліз ерітроцитів ссавців в електролітному та неелектролітному середовищі / Н.М. Шпакова, С.С. Єршов, О.Є. Ніпот // Біологія тварин. – 2010. – Т. 12. – № 2. – С. 524 – 530. / Sнpakova N.M. Gi'pertoni'chniy kri'ogemoli'z eri'trociti'v ssavci'v v elektroli'tnomu ta neelektroli'tnomu seredovisch'i' / N.M. Sнpakova, S.S. Ershov, O.E. Ni'pot // Bi'ologi'ya tvarin. – 2010. – Т. 12. – № 2. – S. 524 – 530.

9. Шпакова Н.М. Гипертонический криогемолиз эритроцитов млекопитающих / Н.М. Шпакова, С.С. Ершов // Пробл. криобиологии. –2006. – № 3. – С. 286-291. / Sнpakova N.M. Gipertonicheskiy kriogemoliz e`ritrocitov mlekopitayusch'ih / N.M. Sнpakova, S.S. Ershov // Probl. kriobiologii. – 2006. – № 3. – S. 286-291.

10. Гордиенко Е.А. Основные закономерности явления гипертонического криогемолиза / Е.А. Гордиенко, С.Е. Коваленко // Пробл. криобиологии. –1997. –№ З. – С. 3-7. / Gordienko E.A. Osnovny'e zakonomernosti yavleniya gipertonicheskogo kriogemoliza / E.A. Gordienko, S.E. Kovalenko // Probl. kriobiologii. –1997. –№ З. – S. 3-7.

11. Гордиенко Е.А. Биофизическая модель явления гипертонического криогемолиза / Е.А. Гордиенко, С.Е. Коваленко // Пробл. криобиологии. –1996. –№ 4. – С. 24-32. / Gordienko E.A. Biofizicheskaya model' yavleniya gipertonicheskogo kriogemoliza / E.A. Gordienko, S.E. Kovalenko // Probl. kriobiologii. –1996. –№ 4. – S. 24-32.

12. Кобеко П.П. Аморфные вещества / П.П. Кобеко. – М.– Л.: Изд–во АН СССР, 1952. – 432 с. / Kobeko P.P. Amorfny'e vesch'estva / P.P. Kobeko. – M. – L.: Izd – vo AN SSSR, 1952. – 432 s.

13. Андреев И.С. Явления ликвации в стеклах / И.С. Андреев, О.В. Мазурин, Е.А. Порай-Кошиц – Л.: Наука, 1974. – 220 с. / Andreev I.S. Yаvleniya likvacii v steklah / I.S. Andreev, O.V. Mazurin, E.A. Poray-Koshic – L.: Nauka, 1974. – 220 s.

14. Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела: Пер. с нем. / А. Фельц – М: Мир, 1986. – 558с., ил. / Fel'c A. Amorfny'e i stekloobrazny'e neorganicheskie tverdy'e tela: Per. s nem. / A. Fel'c – M: Mir, 1986. – 558 s., il.

15. Дерябин В.А. Физическая химия дисперсных систем / В.А. Дерябин, Е.П. Фарафонтова – Екатеринбург. Издательство Уральского университета, 2015. – 86 с. / Deryabin V.A. Fizicheskaya himiya dispersny'h system / V.A. Deryabin, E.P. Farafontova – Ekaterinburg. Izdatel'stvo Ural'skogo universiteta, 2015. – 86 s.

16. Бартенев Г.М. Физика полимеров / Г.М. Бартенев, С.Я. Френкель. – Л.: Химия, 1990. – 432 с. / Bartenev G.M. Fizika polimerov / G.M. Bartenev, S.YA. Frenkel'. – L.: Himiya, 1990. – 432 s.

17. Залкин В.М. О превращении раствора NaCl в воде при низких температурах в коллоидный раствор / В.М. Залкин // Журнал физической химии. –1995. – Т. 69. – № 2. – С. 379 – 382. / Zalkin V.M. O prevrasch'enii rastvora NaCl v vode pri nizkih temperaturah v kolloidny'y rastvor / V.M. Zalkin // Jurnal fizicheskoy himii. –1995. –t. 69. –№ 2. – S. 379 – 382.

18. Ландау Л.Д. Статистическая физика. Часть 1. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц – М: Наука. – 1976. – 584 с. илл. / Landau L.D. Statisticheskaya fizika. CHast' 1 / L.D. Landau, E.M. Lifshic – M: Nauka. – 1976. – 584 s. ill.

19. Ходько А.Т. Природа и динамика фазовых превращений при охлаждении – отогреве клеточного сока чеснока / А.Т. Ходько, Ю.С. Лысак // Біофізичний вісник. – 2014. –Вип. – 32 (2).– С. 48 – 60. / Hodko A.T. Priroda i dinamika fazovy'h prevrasch'eniy pri ohlajdenii - otogreve kletochnogo soka chesnoka / A.T. Hodko, YU.S. Ly'sak // Bi'ofi'zichniy vi'snik – 2014. – Vip. – 32 (2).– S. 48 - 60.

20. Бабак В.Г. Высококонцентрированные эмульсии. Физико-химические принципы получения и устойчивость / В.Г. Бабак // Успехи химии. – 77 (8). – 2008. – С. 729–756. / Babak V.G. Vy'sokokoncentrirovanny'e e`mul'sii. Fiziko-himicheskie principy' polucheniya i ustoychivost' / V.G. Babak // Uspehi himii – 2008. –77 (8). – S. 729 – 756.

21. Гельфман М.И. Коллоидная химия / М.И. Гельфман, О.В. Ковалевич, В.П. Юстратов – СПб.: Издательство “Лань”. – 2004. –336 с. / Gel'fman M.I. Kolloidnaya himiya / M.I. Gel'fman, O.V. Kovalevich, V.P. Yustratov – SPb.: Izdatel'stvo “Lan'”. – 2004. – 336 s.

22. Микулин Г.И. Вопросы физической химии растворов электролитов / Г.И. Микулин – Л.: Химия, 1968. – С. 126 – 139. / Mikulin G.I. Voprosy' fizicheskoy himii rastvorov e`lektrolitov / G.I. Mikulin – L.: Himiya, 1968. – S. 126 – 139.

23. Измайлов Н.А. Электрохимия растворов / Н.А. Измайлов Изд. 3 – е, испр., М.: Химия, 1976. – 488 с. / Izmaylov N.A. E`lektrohimiya rastvorov / N.A. Izmaylov Izd. 3 – e, ispr., M.: Himiya, 1976. – 488 s.

24. Родникова М.Н. Особенности растворителей с пространственной сеткой Н-связей / М.Н. Родникова // Журнал физич. химии. –1993. – Т. 67. –№ 2. –С. 275 – 280. / Rodnikova M.N. Osobennosti rastvoriteley s prostranstvennoy setkoy N-svyazey / M.N. Rodnikova // Jurnal fizich. himii. –1993. – Т. 67. –№ 2. – S. 275–280.

25. Структурная самоорганизация в растворах и на границе раздела фаз / Отв. ред. А.Ю. Цивадзе. – М: Издательство ЛКИ, 2008. – 544 с. / Strukturnaya samoorganizaciya v rastvorah i na granice razdela faz / Otv. red. A.YU. Civadze. - M: Izdatel'stvo LKI, 2008. – 544 s.

26. Эрдеи-Груз Т. Явления переноса в водных растворах / Т. Эрдеи-Груз Пер. с англ. – М: Мир, 1976. – 597 с., ил. / E`rdei-Gruz T. Yаvleniya perenosa v vodny'h rastvorah / T. E`rdei-Gruz Per. s angl. – M: Mir, 1976. – 597 s., il.

27. Волынский А.Л. Залечивание межфазной поверхности в полимерных системах / А.Л. Волынский, Н.Ф. Бакеев // Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2009. – Т. 51. – № 10. – С. 1783–1816. / Voly'nskiy A.L. Zalechivanie mejfaznoy poverhnosti v polimerny'h sistemah / A.L. Voly'nskiy, N.F. Bakeev // Vy'sokomolekulyarny'e soedineniya., Seriya A. – 2009. – Т. 51. – № 10. – S. 1783–1816.

28. Изучение формирования пористой структуры мембран при фазовом распаде раствора полиэтилсульфона / [Астахов Е.Ю. и др.] // Высокомолекулярные соединения, Серия А. – 2011. – Т. 53. – № 7. – С. 1090–1097. / Izuchenie formirovaniya poristoy struktury' membran pri fazovom raspade rastvora polie`tilsul'fona / [Astahov E. YU. I dr.] // Vy'sokomolekulyarny'e soedineniya, Seriya A. – 2011. – Т. 53. – № 7. – S. 1090–1097.

29. Лед и снег. Свойства, процессы, использование. Под ред. У.Д. Кингери. Пер. с англ. – М: Мир, 1966. – 480 с., ил. / Led i sneg. Svoystva, processy', ispol'zovanie. Pod red. U.D. Kingeri. Per. s angl. – M: Mir, 1966. – 480 s., il.
Published
2016-07-25
Cited
How to Cite
ХодькоA. T. (2016). Formation of metastabil liquid phases in the isotonic solution of sodium cloraide during cooling. Biophysical Bulletin, 2(34), 34-42. Retrieved from https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/5606
Section
Action of physical agents on biological objects