Biyolojik Jellerde Difüzyon Mekanizmaları

Abstract

Bu çalışmada, farklı sıcaklıklarda, biyolojik jel yapısı içersine küçük moleküllü yapıların difüzyonu incelenmiş, difüzyon katsayıları ve aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Biyolojik malzeme olarak kütlece % 0,8 kalsiyum klorür tuzu içeren % 2 iota-karagenan jeli kullanılmıştır. Kararlı durum floresans tekniği kullanılarak, önce jel yapısı içersine floresans özellik gösterdiği bilinen piranin moleküllerinin difüzyonu, ardından da oluşan bu yeni yapıdan piranin moleküllerinin saf su içersine difüzyonu incelenmiştir. İlk aşamada piranin molekülleriyle birlikte su da jel yapısının içersine girerek jelin şişmesine neden olmaktadır. Jel içersinde bulunan ve ışık saçılmasına neden olan karagenan ikili-helis yapıları jelin şişmesiyle birlikte birbirlerinden uzaklaşarak saçılan ışık miktarının azalmasına neden olmaktadırlar. Bu olaylarla eş zamanlı olarak yapılan spektroskopik ölçümlerde floresans şiddetinin zamanla arttığı, saçılan ışık şiddetinin de zamanla azaldığı gözlenmiştir. İki farklı difüzyon olayında da Fick yasasının geçerliliği araştırılmış ve difüzyon katsayılarının sıcaklıkla arttığı gözlenmiştir. Jellerin şişme mekanizmaları için saçılan ışık şiddeti değerleriyle Li-Tanaka modeli kullanılmış, bu model yardımıyla bütünsel difüzyon katsayıları hesaplanarak bu katsayıların da sıcaklıkla arttığı gözlenmiştir. Farklı sıcaklıklar için elde edilen difüzyon katsayıları ve Arrhenius eşitliği kullanılarak her bir süreç için aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır.

In this study, the diffusion of small molecular structures into biological gels was examined and diffusion coefficients were calculated. 2 wt. % iota carrageenan gel in 0,8 wt % calcium chloride solution was used as biological material. The steady state fluorescence technique was employed to examine firstly the diffusion of pyranine which is known as a fluorescence probe into gel structure and secondly, from this structure into distilled water. In the first process water molecules were also diffused into gel structure with pyranine molecules, which caused the swelling of gel. The carrageenan helixes in the gel structure, which were responsible from the light scattering, diverged and caused the scattered light intensity to decrease as the gel swelled. It was simultaneously seen from spectroscopic measurements that fluorescence intensity was increased and scattered light was decreased during this process. In both diffusion processes the validity of Fick’s law was investigated and increase of diffusion coefficients depending on the increase of temperatures were observed. For the swelling process of gels, Li-Tanaka theory was used with scattered light intensities and according to this theory collective diffusion coefficients were calculated and it was observed that these coefficients were also increased with temperature. The diffusion coefficients that were calculated in different temperatures were used with Arrhenius equation to calculate the activation energies of each processes.