Адсорбція сироваткового альбуміну людини сферичними і волокнистими вуглецевими сорбентами

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ і ХІМІЇ ВОДИім. А.В. ДУМАНСЬКОГО

АДСОРБЦІЯ СИРОВАТКОВОГО АЛЬБУМІНУ ЛЮДИНИ

СФЕРИЧНИМИ І ВОЛОКНИСТИМИ ВУГЛЕЦЕВИМИ СОРБЕНТАМИ

02.00.11 - колоїдна хімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

ЄрецЬкий Євген Леонідович

Київ 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті колоїдної хімії і хімії води ім. А.В. Думанського Національної Академії Наук України.

Науковий керівник доктор фізико-математичних наук Шулепов Юрій Володимирович, Інститут колоїдної хімії та хімії води, провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти: член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор Картель Микола Тимофійович, Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, заст. директора, зав. відділу

доктор хімічних наук, професор Дейнега Юрій Федорович, Інститут колоїдної хімії та хімії води НАН України, провідний науковий співробітник

Провідна установа: Інститут біоорганічної та нафтохімії НАН України, лабораторія електрохімії органічних сполук, м. Київ

Захист відбудеться “____” _________________________ 2001 р. о ______ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.183.01, Інститут колоїдної хімії і хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, 03142 м. Київ, бульвар Вернадського, 42.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту колоїдної хімії і хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, 03142 м. Київ, бульвар Вернадського, 42

Автореферат розісланий “____”__________________2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Третинник В.Ю.

Загальна характеристика роботи

сорбент адсорбція альбумін вуглецевий

Актуальність теми. Дослідження колоїдних властивостей біополімерів, у тому числі білків, а також поверхневих явищ за їх участю на границі розділу фаз, які інтенсивно ведуться протягом двох останніх десятиліть, мають велике теоретичне значення для пояснення багатьох процесів за участю білкових систем, у тому числі механізмів трансформації біологічно активних речовин під впливом штучної поверхні, а також клінічних ефектів сорбційної детоксикації.

Інтерес до вивчення адсорбції білків крові на штучній поверхні виник разом із розвитком методів екстракорпоральної детоксикації організму і проблемою створення штучних органів. Два явища ускладнюють рішення цих проблем: тромбоз і відторгнення штучного фрагмента органа. Обидва процеси є наслідком клітинних реакцій на поверхні, що протікають по-різному в залежності від характеру останньої.

Поштовхом до розуміння механізмів тромбоутворення на різноманітних штучних поверхнях, а отже, і до прогнозування поведінки штучного органа в кровоносному руслі, послужило встановлення того факту, що першим за часом процесом при контакті крові з поверхнею є адсорбція білків крові, причому склад адсорбованого шару визначає характер подальших процесів на штучній поверхні.

Незважаючи на те, що адсорбція білків на полімерних поверхнях є предметом численних досліджень протягом останніх десятиліть, механізм цього процесу залишається нез'ясованим. Структура білкових шарів, що формуються при адсорбції, також недостатньо добре відома. Відсутні прямі експериментальні докази зворотності адсорбції білків із індивідуальних розчинів та бінарних і більш складних систем. Слід підкреслити, що перевага емпіричних підходів над теоретичними дослідженнями до останнього часу є однією з особливостей швидко прогресуючої області науки, пов'язаної з трансплантологією, штучними органами та еферентною медициною.

Таким чином, експериментальне дослідження і теоретичний аналіз взаємодії сироваткового альбуміну людини - одного з найважливіших білків крові з вуглецевою поверхнею, що є основою більшості детоксикаційних систем, являють собою теоретичний інтерес і практичну цінність.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрямок досліджень відповідає затвердженим пріоритетним напрямкам розвитку науки і техніки України; робота в даному напрямку виконувалася в рамках Державної науково-технічної програми (шифр 2.27.10, номер держ. реєстр. 0195U011324, 1995-1998р.р.), програми Фонду фундаментальних досліджень України 1996-2000 р. (проект № 5.4/372), а також програми Міжнародного наукового фонду Сороса (грант № BY2-30614).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - встановити основні закономірності адсорбції сироваткового альбуміну людини на вуглецевих сорбентах.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні задачі: охарактеризувати пористу структуру вуглецевих сорбентів; установити залежність величини адсорбції сироваткового альбуміну людини (САЛ) на вуглецевих сорбентах від температури; дослідити закономірності рівноважної і нерівноважної адсорбції сироваткового альбуміну людини вуглецевими сорбентами; провести теоретичний аналіз, побудувати математичні моделі процесів, що протікають, і порівняти їх для різних типів адсорбентів; установити взаємозв'язок між пористою структурою, сорбційними властивостями, параметрами рівноважної і нерівноважної адсорбції САЛ і характером взаємодії вуглецевих сорбентів з кров'ю.

Об'єктом дослідження є поверхневі явища на границі розділу між розчином білка і твердою поверхнею.

Предметом дослідження є адсорбція сироваткового альбуміну людини сферичними (СКН) і волокнистими (ВВМ) вуглецевими сорбентами.

Методи дослідження. Для вивчення фізико-хімічних властивостей вуглецевих сорбентів і дослідження процесів адсорбції сироваткового альбуміну людини використовувалися різні фізичні і фізико-хімічні методи.

Для одержання докладних зображень елементів вуглецевих сорбентів і білкових структур на їх поверхні використовувалися методи скануючої і растрової електронної мікроскопії.

Пориста структура вуглецевих сорбентів розрахована на основі ізотерм адсорбції азоту (для вуглецевих волокон) і ацетону (для сферичних сорбентів) згідно з різними теоріями, а також на основі результатів, отриманих за ізопієстичним та пікнометричним методами.

Рівноважна і нерівноважна адсорбція альбуміну на вуглецевих сорбентах досліджувалася непрямими методами шляхом визначення залишкової концентрації альбуміну в розчині за методом реєстрації оптичної щільності білкового розчину в УФ-області та за методом Лоурі.

Крім того, адсорбція альбуміну на вуглецевих волокнистих сорбентах досліджувалась методом прямого виміру кількості білка на поверхні з використанням радіоізотопної мітки.

Вибірки об'єктів дослідження відповідали вимогам математичної статистики. Похибка розрахункових величин знаходилася як похибка непрямих вимірів.

Білок-клітинні структури на поверхні вуглецевих сорбентів після контакту з кров'ю досліджувались з використанням скануючої та растрової електронної мікроскопії.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше досліджені фізико-хімічні закономірності рівноважної і нерівноважної адсорбції сироваткового альбуміну людини на сферичному і волокнистому вуглецевому сорбентах; проведене порівняння параметрів рівноважної і нерівноважної адсорбції САЛ на СКН і ВВМ (АУТ-М); установлена залежність сорбції САЛ на цих сорбентах від температури; побудовані математичні моделі досліджених сорбційних процесів. Уперше глибоко вивчена в порівняльному аспекті пориста структура волокнистих і сферичних вуглецевих сорбентів, установлена її залежність від ступеню активації. Уперше визначений взаємозв'язок між параметрами структури активованих вуглецевих сорбентів і характером адсорбції САЛ, що знаходить відображення в різному протіканні процесів тромбоутворення на СКН і АУТ-М.

Практичне значення отриманих результатів. Результати досліджень можуть бути використані для оптимізації різних процесів, у яких бере участь система “штучна поверхня - розчин білка”, зокрема, для розробки засобів і методів сорбційної детоксикації організму. Залежності, що встановлені між пористою структурою вуглецевих сорбентів, процесом адсорбції САЛ, контактними явищами при взаємодії вуглецевої поверхні з кров'ю, рівною мірою корисні для керування технологічними процесами при одержанні відповідних активованих сорбентів із заданими активністю та біосумісністю, вибору оптимальних режимів сорбційних процесів за їх участю, а також прогнозування результатів гемосорбції із застосуванням СКН і АУТ-М. Отримані результати можуть бути включені у відповідні методичні рекомендації, а також використані при підготовці монографій.

Особистий внесок здобувача полягає в плануванні і проведенні експериментальних досліджень стосовно визначення характеристик пористої структури і сорбційних властивостей СКН і АУТ-М, вивченні із застосуванням різних експериментальних підходів і методів рівноважної і нерівноважної адсорбції САЛ на вуглецевих сорбентах, а також залежності цього процесу від температури, особистій участі в проведенні теоретичного аналізу процесів адсорбції САЛ на вуглецевій поверхні, проведенні експериментів по вивченню взаємодії вуглецевих адсорбентів із кров'ю, підготовці зразків для електронно-мікроскопічного дослідження, обробці й інтерпретації отриманих результатів, формулюванні основних положень і висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи повідомлені й обговорені на Міжнародному (5-ому національному) симпозіумі по адсорбції і рідинній хроматографії (м. Омськ, 1994 р.); XXII Європейському конгресі зі штучних органів (м. Берлін, 1995 р.); XXIII Європейському конгресі зі штучних органів (м. Варшава, 1996 р.); IV Конференції Європейського товариства з інжинірингу в медицині (м. Варшава, 1997 р.); Міжнародному конгресі зі штучних органів - 97 (м. Провіденс, 1997 р.); 12-ому Міжнародному симпозіумі “Поверхнево-активні речовини в розчинах” (м. Стокгольм, 1998 р.); Конференції з фізики біологічних систем (м. Київ, 1998 р.); 3-ому Українсько-польському симпозіумі “Теоретичне й експериментальне вивчення поверхневих явищ та їхнє технологічне використання” (м. Львів, 1998 р.); XXV Європейському конгресі зі штучних органів (м. Болонья, 1998 р.); 4-ому Польсько-українському симпозіумі “Теоретичне й експериментальне вивчення поверхневих явищ та їхнє технологічне використання” (м. Люблін, 1999 р.); 5-ому Польсько-українському симпозіумі “Теоретичне й експериментальне вивчення поверхневих явищ та їхнє технологічне використання” (м. Одеса, 2000 р.); XXVII Європейському конгресі зі штучних органів (м. Лозанна, 2000 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 17 наукових праць, із них 5 статей у фахових журналах.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 7 розділів, загальних висновків і списку літератури з 164 найменувань. Робота викладена на 160 сторінках машинописного тексту, включаючи 38 малюнків і 6 таблиць на 43 сторінках.

Основний зміст роботи

У першому розділі приведені огляд і критичний аналіз літератури по одержанню, особливостям структури, властивостям і застосуванню вуглецевих сорбентів, а також властивостям білків і білкових систем, структуроутворенню в білкових системах, поверхневим явищам у системах за участю водних розчинів білків. Крім цього представлений огляд літератури за результатами досліджень взаємодії білків плазми крові зі штучними поверхнями.

У другому розділі представлене обґрунтування вибору об'єктів дослідження й основних їх характеристик, описані основні методики експерименту.

Основні об'єкти дослідження: сферичні вуглецеві сорбенти СКН-1К та волокнисті вуглецеві сорбенти АУТ-М, а також нейтральний водний розчин сироваткового альбуміну людини після контакту з вуглецевими сорбентами.

У третьому розділі представлені результати дослідження пористої структури і сорбційних властивостей сферичного (СКН-1К) та вуглеволокнистого (АУТ-М) сорбентів.

Досліджено ізотерми адсорбції азоту при Т=77К на вуглеволокнистих сорбентах АУТ-М, що мають різний ступінь активації. Ізотерма для карбонізата являє собою практично пряму, що можна інтерпретувати як вироджену ізотерму II типу за класифікацією БДДТ. Це характеризує даний тип сорбенту як непористий зі слабкою взаємодією “адсорбент-адсорбат”, що є близькою за величиною енергії до взаємодії “адсорбтив-адсорбат”. Для інших типів АУТ-М (стандартний, активний, високоактивний) характерні ленгмюрівські ізотерми адсорбції, ускладнені для двох останніх типів сорбентів підйомом в області високих P/P_s. Це характеризує дані сорбенти як мікропористі з невеликим вмістом мезопор. Зі збільшенням ступеню активаціїї (обпалення) зростає внесок мезопор у загальну пористість і збільшується розмір мікро- і мезопор, що випливає з аналізу поведінки ізотерм в інтервалах малих і великих P/P_s. Так, на ділянці P/P_s=0-0,2 з підвищенням ступеня обпалення спостерігається згладжування переходу від адсорбції в мікропорах до адсорбції в мезопорах, що свідчить про розвиток мікропористої структури в процесі активації і виражається в збільшенні розміру мікропор і переході частини тонких мікропор у супермікропори і мезопори. На ділянці P/P_s=0,7-0,99 про збільшення розміру мезопор можна судити зі зростання кількості адсорбованого азоту і збільшення крутості кінцевої нелінійної ділянки кривої. Останнє підтверджується результатами розрахунку диференціального розподілу об'ємів мікро- і мезопор за розмірами. З підвищенням ступеню обпалення спостерігається зсув положення диференціальних максимумів об'ємів пор при зменшенні їхніх величин у бік великих розмірів пор і розподіл частини цих об'ємів по популяціях пор більшого розміру. При цьому спостерігається екстремальний характер зміни граничного об'єму сорбційного простору (V_s): при зростанні ступеню обпалення до 50% V_s закономірно зростає, далі - знижується. Останнє можна пояснити зменшенням сорбційної ємності сорбуючих пор (особливо мезопор) при збільшенні їхнього розміру внаслідок зміни механізму сорбції: замість об'ємного заповнення мезопор за рахунок капілярної конденсації відбувається адсорбція на геометричній поверхні цих пор.

На підставі ізотерм адсорбції азоту були розраховані основні параметри пористої структури досліджених вуглеволокнистих сорбентів АУТ-М із використанням різних теоретичних моделей. При аналізі отриманих результатів, (табл. 1) можна відзначити екстремальний характер зміни більшості структурних параметрів у діапазоні розглянутих ступенів активації.

Досліджено ізотерми адсорбції пари ацетону на СКН-1К при температурі 27°C; усі вони відносяться до IV типу за класифікацією БДДТ. При цьому відзначені деякі характерні риси цих кривих. По-перше, чітко виражені дві популяції пор - мікро- і мезопори, що дає змогу всі досліджені зразки СКН віднести до сорбентів зі змішаною пористою структурою. Розглядаючи інтервал P/P_s=0-0,1 - область мікропор, можна відзначити, що при підвищенні ступеню активації СКН об'єм мікропор та їхній характеристичний розмір зростають, що виражається в зменшенні крутості висхідної ділянки ізотерми в даному інтервалі. По-друге, на ділянці P/P_s=0,9-0,99 спостерігається практично вертикальний підйом ізотерми, що може бути пояснено капілярною конденсацією, яка має місце у найбільших мезопорах. На підставі отриманих ізотерм були розраховані деякі параметри мікропористої структури сорбентів СКН-1К за рівнянням Дубініна-Радушкевича (табл. 2).

Згідно даних, що отримані з використанням ізопієстичного методу, були розраховані величини V_s по бензолу. Як видно з табл.2, величини V_s по бензолу й ацетону мають близькі значення.

З даних, отриманих за допомогою пікнометричного методу, була розрахована сумарна пористість сорбентів СКН по воді. На основі отриманих величин V_s і V_??були розраховані значення V_ma для всіх типів сорбентів (табл. 2).

У четвертому розділі представлені результати дослідження залежності адсорбції сироваткового альбуміну людини на сферичних сорбентах СКН від температури.

Адсорбцію білка проводили при температурах 7, 20, 25, 27, 30, 37 і 40?С. В експерименті були вивчені системи “АУ СКН різного типу - розчини САЛ з різною початковою концентрацією”. На підставі визначених за методом Лоурі рівноважних залишкових концентрацій САЛ у розчинах побудовані ізотерми адсорбції САЛ на СКН при різних температурах. У випадку t=40?С побудова ізотерми адсорбції виявилась неможливою внаслідок опалесценції і випадання білого пластівчастого осаду денатурованого білка.

На основі ізотерм адсорбції САЛ на СКН побудовані криві залежності величини адсорбції від температури для різних рівноважних концентрацій (рис.1).

Криві температурної залежності мають синусоїдальний характер з чітко вираженими мінімумами і максимумами. Так, для всіх побудованих кривих характерні точки максимуму адсорбції при 20 і 30°С і точка мінімуму при 25-27°С. Крайні ділянки кривих (7-20°С і 30-37°С) є зростаючими і спадаючими, відповідно, тобто можна припустити наявність при температурах ?7°С і ?37°С точок мінімуму адсорбції.

Беручи до уваги поводження САЛ у присутності СКН при t=40°С, що характеризується утворенням пластівчастого осаду денатурованого білка, можна говорити про зниження температури денатурації білка при контакті з вуглецевою поверхнею в порівнянні з відповідною температурою для нативного альбуміну в розчині, що свідчить про вплив вуглецевого сорбенту на конформаційний стан молекул САЛ у розчині.

Відомо, що в діапазоні температур 7-37°С властивості як вуглецевого сорбенту, так і води помітно не змінюються. У той же час, на думку багатьох авторів, для білків зміна конформаційного стану їх молекул відбувається навіть при незначних коливаннях температури в досить вузькому інтервалі. Результатом такої лабільності, таким чином, є характер залежності адсорбції САЛ на вуглецевих сорбентах від температури.

Вважаючи високі значення величин адсорбції свідченням більш лабільної і термодинамічно вигідної для сорбційної взаємодії з вуглецевою поверхнею конформації білкової молекули (переважно, гідрофобної), а менші, відповідно, свідченням більш стійкої, переважно гідрофільної конформації, можна зробити висновок про більш лабільний стан САЛ при 20 і 30°С і більш стійкий - при 7, 25, 27 і 37°С. При цьому, з огляду на найбільшу величину адсорбції САЛ при 20°С, ймовірно, що конформаційний стан білкової молекули за даних умов є найбільш вигідним для адсорбції в системі СКН - САЛ. Виходячи з цього, для проведення подальших сорбційних експериментів температура 20°С була визначена як оптимальна.

У п'ятому розділі представлені результати дослідження рівноважної і нерівноважної адсорбції САЛ на сферичному сорбенті СКН і вуглеволокнистому сорбенті АУТ-М.

Досліджено рівноважну і нерівноважну адсорбцію САЛ з нейтральних водних розчинів з початковою концентрацією С₀ у діапазоні від 0,02 до 2,00 мг/мл при 20±1°С на крупній і дрібній фракціях чотирьох типів сферичного сорбенту СКН (карбонізат, стандартний, активний і делігандизований).

При розгляді побудованих згідно експериментальних даних кривих кінетики адсорбції можна відзначити, що для крупної фракції усіх типів сорбентів характерні ступінчасті кінетичні криві з чітко вираженими плато. При цьому видно, що при підвищенні сорбційної активності крупної фракції сорбенту кількість плато на кінетичній кривій у дослідженому інтервалі часу зростає: тоді як для карбонізата характерна звичайна кінетична крива з виходом на рівноважне значення, для стандартного СКН характерна вже одноступінчаста крива з виходом на рівноважне значення, для активного СКН - двоступінчаста кінетична крива з ростом після другого плато, для делігандизованого СКН - двоступінчаста кінетична крива з ростом після другого плато, причому швидкість цього росту перевищує аналогічний показник для крупної фракції активного СКН.

Для дрібної фракції всіх типів сорбентів у дослідженому інтервалі часу спостерігається класична кінетика сорбції САЛ з наближенням до рівноважної величини, причому криві для карбонізата і стандартного СКН розташовані дуже близько одна до одної, так саме як і криві для активного і делігандизованого СКН.

Така поведінка кінетичних кривих у залежності від розмірів часток сорбенту визначається, ймовірно, складним комплексним впливом параметрів пористої структури і більшої величини питомої зовнішньої геометричної поверхні дрібної фракції сорбенту у порівнянні з крупною фракцією цього ж сорбенту на поведінку молекул САЛ в адсорбційному шарі.

На основі рівноважних величин адсорбції САЛ на СКН із розчинів з різними початковими концентраціями білка були побудовані ізотерми адсорбції (рис. 2). Для всіх досліджених систем у діапазоні рівноважних концентрацій, що розглядається, характерні ізотерми з чітко вираженими двома ділянками (утворення сходинки в області рівноважних концентрацій до 0,1 мг/мл і наступне прогресивне підвищення кількості адсорбованого білка з ростом рівноважної концентрації), що свідчить про утворення двох різних популяцій адсорбату.

Розглядаючи першу ділянку ізотерми, що відповідає стадії заповнення моношару, можна відзначити незначні розходження в кількості адсорбованої речовини на одиницю маси сорбенту для сорбентів, які істотно розрізняються параметрами пористої структури. При цьому питома адсорбція симбатна ступеню обпалення сорбентів. Це явище можна пояснити протіканням процесу адсорбції на зовнішній геометричній поверхні, яка збільшується в ході активації, причому не за рахунок зростання власне зовнішньої геометричної поверхні гранул, що при активації навіть трохи зменшується, а за рахунок зниження щільності сорбенту через вигоряння частини вуглецю і, як наслідок, зменшення щільності гранул і збільшення їхнього числа на одиницю маси СКН.

На другій ділянці ізотерми помітна істотна залежність кількості адсорбованого альбуміну від ступеня розвитку пористої структури сорбенту. Для пояснення даного феномена було висунуте припущення про опосередкований вплив пористої структури на полімолекулярну адсорбцію через індуковані поверхнею зміни конформації молекул альбуміну в першому адсорбційному шарі.

Можна припустити, що адсорбція молекул альбуміну на геометричній поверхні активованих вуглецевих сорбентів супроводжується адсорбцією бічних ланцюгів білкових молекул, що представляють собою залишки амінокислот. Оскільки розміри цих ділянок молекул невеликі і порівнянні з розмірами дрібних сорбуючих пор, адсорбція залишків амінокислот може відбуватися в пористому просторі вуглецевого адсорбенту. У такому випадку величина і характеристики адсорбції та її вибірковість стосовно тих чи інших амінокислотних залишків буде визначатися параметрами пористої структури. Таким чином, конформація адсорбованих на вуглецевій поверхні молекул альбуміну може розрізнятися, що спричиняє розходження в протіканні процесу полімолекулярної адсорбції. отже і кількості адсорбованого на стадії полімолекулярного заповнення альбуміну.

Досліджено рівноважну і нерівноважну адсорбцію САЛ з нейтральних водних розчинів з початковою концентрацією С₀ у діапазоні від 0,02 до 2,00 мг/мл при 20±1°С на ВВМ із різним ступенем обпалення (?=0%, 30%, 50%, 70%) і, відповідно, різною сорбційною активністю.

З результатів розрахунку параметрів пористої структури (див. табл. 1) випливає, що маючи близькі значення питомої зовнішньої геометричної поверхні (близько 2 м²/г), обрані для дослідження зразки ВВМ значно розрізняються параметрами пористої структури і, як наслідок, величиною і характером адсорбції. Карбонізат, що не має розвиненої пористої структури, значимої для адсорбції, характеризується вкрай низькою адсорбційною здатністю. Навпаки, активний ВВМ із ??50% відрізняється високорозвиненою пористою структурою, що визначає його значну адсорбційну активність.

На рис. 3 представлені кінетичні криві сорбції САЛ із водних розчинів зразками ВВМ із різним ступенем активації. Загальним для всіх кривих є їхній синусоїдальний характер. У випадку карбонізованого вуглецевого волокна (?=0%) і сорбенту зі ступенем обпалення 30%, мають місце ділянки так званої “негативної адсорбції”, на яких частина точок знаходяться нижче осі абсцис. При ??50% кінетичні криві розташовуються цілком над віссю абсцис, хоча синусоїдальний характер кривих зберігається.

Величини адсорбції за 24 год, що є квазірівноважними для білків, були прийняті як рівноважні значення, оскільки білкові молекули дуже лабільні, і при тривалій експозиції під впливом внутрішніх і зовнішніх факторів з ними можуть відбуватись незворотні зміни, що здатні значною мірою спотворити реальну картину. Такої точки зору на методику дослідження процесу адсорбції білків дотримуються багато авторів. На підставі визначених величин адсорбції за 24 години були побудовані ізотерми адсорбції САЛ на ВВМ (рис. 4). При аналізі цих ізотерм слід зазначити, що з підвищенням рівноважної концентрації розраховані значення адсорбції хвилеподібно змінюються, причому якщо для карбонізата практично вся крива знаходиться нижче нульового значення адсорбції, то у випадку активного ВВМ негативні значення адсорбції визначаються лише в останній точці дослідженого діапазону рівноважних концентрацій.

Для пояснення особливостей адсорбції САЛ на ВВМ, що спостерігаються при дослідженні розчинів САЛ після контакту із сорбентом, були залучені уявлення про енергетичну неоднорідність центрів адсорбції та конформаційні перетворення молекул білка на границі розділу фаз. Із урахуванням останніх, висунута гіпотеза про те, що вимірювана в кожній точці часової осі концентрація білка в розчині є аддитивним результатом двох процесів, що відбуваються паралельно при контакті розчину білка з поверхнею вуглецевих волокон. Перший - динамічний процес сорбції-десорбції білка, у якому десорбція обумовлюється вилученням з поверхні частини первинно адсорбованих молекул і переорієнтацією тих, що залишилися, в термодинамічно більш вигідний стан за рахунок багатоцентрового зв'язування з вуглецевою поверхнею. Цей процес супроводжується коливальною зміною реальної кількості адсорбованого САЛ. Другий процес - це конформаційні перетворення білкових молекул при контакті з вуглецевою поверхнею, які спричиняють як гіперхромний зсув в УФ-спектрі САЛ, так і збільшення числа доступних для гідролізу пептидних зв'язків. Як наслідок цього, спостерігається уявне підвищення концентрації білка, яку визначають у розчині після взаємодії з сорбентом. Дане припущення добре узгоджується з відомими закономірностями поведінки білків на границі розділу полярного і неполярного середовищ.

Відповідно до існуючих уявлень стосовно поверхневих явищ, зміни конформації білкових молекул при контакті з вуглецевою поверхнею залежать від площі доступної поверхні, а величина адсорбції - як від площі доступної поверхні, так і від пористої структури сорбенту. З огляду на близькі величини питомої зовнішньої геометричної поверхні карбонізата й активного ВВМ, можна вважати близькими ступені конформаційних перетворнь білка на обох сорбентах. У той же час їхні сорбційні характеристики, як уже було зазначено вище, істотно розрізняються. Таким чином, у випадку карбонізата навіть при низьких концентраціях САЛ переважає конформаційний фактор, який обумовлює уявний приріст кількості білка, що приводить до прояву “негативної адсорбції”. Для активного ВВМ при малих концентраціях характерна перевага адсорбційної складової, що приводить до реєстрації позитивної адсорбції. З підвищенням рівноважної концентрації суттєво зростає конформаційна складова процесу при незмінній адсорбційний, що приводить до зменшення величини адсорбції, яка реєструється.

Можна припустити, що дане явище носить загальний характер, тобто має місце в будь-яких системах “водний розчин САЛ - вуглецева поверхня” чи - в більш широкому розумінні - у будь-яких системах “водний розчин білка - гідрофобна поверхня”. В дослідах з іншими сорбентами попередніх поколінь це явище не спостерігалося, оскільки питома зовнішня геометрична поверхня сорбентів, які досліджували раніше, була вкрай мала для забезпечення помітного впливу конформаційної складової. Так, наприклад, середня величина питомої зовнішньої геометричної поверхні СКН складає близько 0,01 м²/г, що приблизно в 200 разів менше аналогічного структурного параметра ВВМ. Це обумовлювало надто малі значення конформаційної складової процесу, завдяки чому графіки рівноважної і нерівноважної адсорбції САЛ на СКН були позбавлені аномалій, що спостерігаються в представленому експерименті з ВВМ.

У результаті проведеного з використанням програми STATISTICA V5.0 (StatSoft Inc.) статистичного аналізу методом парних кореляцій параметрів пористої структури досліджених сорбентів і значень адсорбції САЛ у різних часових точках установлено, що кількість адсорбованого білка при t=10с в значній мірі залежить від величин загальної поверхні S і поверхні мікропор S_ми (коефіцієнт кореляції ?=0,80-0,86). У меншій мірі воно залежить від площі поверхні мезопор S_ие (?=0,57). У той же час для даної часової точки характерна зовсім незначна залежність від V_ми, V_ме (?=0,45) і V_s (?=0,19).

Для інших часових точок в інтервалі від 20с до 1 год. характерна відсутність залежності адсорбції САЛ від величин S і S_ми (?=0-0,2) при незначній її залежності від S_ме (?=0,54-0,62). Значення коефіцієнтів кореляції між адсорбцією та V_ми і V_ме для зазначеного інтервалу часу близькі до аналогічного для 10с (0,40-0,48). Слід відзначити значну величину ? для залежності Г від V_s (0,81-0,88).

Точка часу 2 год. відрізняється більш-менш вираженою залежністю Г від V_ми і V_ме (?=0,70) при незначній залежності від інших параметрів пористої структури (?=0,22-0,35).

Аналізуючи приведені дані, можна відзначити, що для величини адсорбції за перші 10с характерна залежність від площі адсорбційної поверхні S, у той час як для всіх наступних точок часу за винятком 2 год. спостерігається залежність Г від сумарного об'єму сорбуючих пор V_s.

Приведені вище результати адсорбції САЛ на ВВМ були отримані різними непрямими методами на основі виміру залишкової концентрації білка в розчині. Однак, як уже відзначалося вище, конформаційні перетворення молекул альбуміну, що мають місце при контакті САЛ із вуглецевою поверхнею, вносять у величини, що вимірюються, значну поправку, яка не піддається чисельному обліку. Внаслідок цього дані результати, важливі для опису процесів адсорбції САЛ на ВВМ і СКН, непридатні для проведення теоретичного аналізу рівноважної і нерівноважної адсорбції альбуміну на вуглецевих сорбентах.

Для оцінки реальної величини адсорбції САЛ на вуглецевих сорбентах без урахування конформаційних перетворень дослідження проводили прямим методом визначення кількості САЛ, адсорбованого на вуглецевій поверхні, з використанням радіоізотопної мітки, а саме альбуміну, міченого ¹²⁵I.

На основі визначених величин адсорбції САЛ на АУТ-М була побудована кінетична крива. При аналізі цієї кривої можна відзначити її плавно висхідний характер, ускладнений наявністю плато в інтервалі часу від 40 до 70 хвилин. Це плато, можна припустити, свідчить про формування первинного адсорбційного шару САЛ на вуглецевій поверхні; подальша сорбція САЛ відбувається, ймовірно, за рахунок білок-білкової взаємодії. Дана кінетична крива використовувалась для проведення теоретичного аналізу.

У шостому розділі представлені результати теоретичного аналізу рівноважної і нерівноважної адсорбції САЛ на СКН і АУТ-М.

На підставі результатів виміру адсорбції САЛ було виконано розрахунок основних параметрів рівноважної і нерівноважної адсорбції САЛ на сферичному сорбенті СКН і волокнистому сорбенті АУТ-М, а також визначені параметри адсорбційних процесів і проведене порівняння побудованих математичних моделей.

Показано, що коефіцієнт дифузії для процесу проникнення САЛ усередину волокна АУТ-М на 5-6 порядків менше аналогічного параметра для дифузійного процесу всередину гранули СКН. Це дає змогу говорити про те, що процес адсорбції САЛ на АУТ-М протікає винятково на зовнішній геометричній поверхні волокон і характеризується сильним зв'язуванням молекул САЛ з вуглецевою поверхнею. При цьому розрахована величина коефіцієнта розподілу K_d для адсорбції на вуглецевих волокнистих сорбентах у 1,5-2,5 рази менша, ніж аномально низьке значення коефіцієнта розподілу при адсорбції САЛ на сферичних вугіллях СКН. Це можна пояснити наявністю конформаційних перетворень молекул САЛ, які є більш інтенсивними при адсорбції на АУТ-М у порівнянні з аналогічним процесом на СКН.

З використанням теоретичних методів дифузійної кінетики показано, що в нерегулярному режимі адсорбції (при малих значеннях часу) концентрація адсорбованих молекул росте пропорційно ?t, тоді як у регулярному режимі (великі значення часу) концентрація адсорбованих молекул росте пропорційно t.

У сьомому розділі розглянуто особливості процесів тромбоутворення на сферичному і волокнистому вуглецевих сорбентах у залежності від закономірностей кінетики адсорбції альбуміну на СКН та АУТ-М, показаних у попередніх розділах.

Відомо, що адсорбція білків є початковим процесом при контакті крові зі штучною поверхнею, що визначає надалі характер взаємодії з поверхнею клітин крові, їхню адгезію й агрегацію і, як підсумок, процес формування тромбу як білок-клітинної структури.

Для з'ясування характеру взаємодії крові із сорбентами проводилась операція гемокарбоперфузії ex vivо, після якої із сорбційної колонки пошарово відбирались зразки сорбенту і досліджувались методом електронної мікроскопії.

Показано, що верхній шар матеріалу у випадку СКН містить невелику кількість нативних еритроцитів, тромбоцити в стадії розпластання, іноді - їхні агрегати, які локалізуються в розламах і тріщинах на поверхні гранул сорбенту. У середньому шарі сорбенту відзначається тенденція до збільшення загального числа клітин, у тому числі й активованих тромбоцитів, спостерігається формування фібринових структур. Нижній шар сорбенту характеризується наявністю класичної фібринової структури із здебільшого видозміненими еритроцитами й активованими тромбоцитами, які міцно прикріплені до вуглецевої поверхні.

Виявлені на гранулах СКН тромбоцитарні форми дають змогу зробити висновок, що поверхня СКН адгезивна щодо тромбоцитів. За час контакту крові із сорбентом вони вступають у фазу розпластання, при цьому переважає число клітин, які приймають характерну дендритну форму. Результатом є формування характерних фібринових структур, що складають білкову основу тромбу.

У тому випадку, коли як наповнювач колонки використовувався ВВМ, у верхньому шарі сорбенту виявлялись плівкоподібні структури, які обволікали поверхню волокон і утримували на собі нативні еритроцити й окремі активовані тромбоцити. Середній шар також характеризувався наявністю плівкоподібних структур, однак у значно меншій кількості, які містили окремі клітини еритроцитів. У нижньому шарі, як правило, клітин крові і білкових структур не виявлялося.

Для з'ясування природи плівкоподібних структур, які виявлені на поверхні вуглеволокнистого сорбенту, їхньої ролі в процесі утворення тромбу, умов формування тромбоцитарних агрегатів проводилися більш детальні електронномікроскопічні дослідження.

Поряд із клітинами крові на поверхні вуглецевих волокон, у виходів великих і дрібних пор виявлено електроннощільний аморфний матеріал, шар якого досягає товщини 600 нм. При великих збільшеннях електронного мікроскопа видно, що плазматична мембрана тромбоцитів не прилягає щільно до вуглецевої поверхні, а зв'язана з нею за допомогою шару білкової природи, який, згідно результатів проведених кінетичних досліджень, може бути утворений внаслідок адсорбції альбуміну. Завдяки цьому поверхня ВВМ не є адгезивною щодо тромбоцитів і не ініціює класичний каскад реакцій тромбоутворення.

На підтвердження сказаного вище у матеріалі, що досліджувався, на поверхні ВВМ не був виявлений фібрин, який характеризується поперечною субструктурою з періодичністю 22 нм. Замість цього у складі тромбоцитарного агрегату виявлена тонка плівкоподібна структура нефібринової природи (фібриногенова плівка), поверхня якої розпізнається тромбоцитами як адгезивна.

На відміну від ВВМ у випадку СКН тромбоцити активуються адгезивною поверхнею сорбенту, завдяки чому процес тромбоутворення йде через формування тривимірних фібринових структур.

Таким чином, відміни в кінетиці адсорбції САЛ на поверхні СКН і ВВМ обумовлюють різну поведінку цих сорбентів при контакті з кров'ю. Звідси витікає, що на основі експериментальних і теоретичних досліджень адсорбції САЛ можна прогнозувати такі властивості вуглецевих гемосорбентів як біосумісність, тромбогенність або тромборезистентність, а також обгрунтовано використовувати найбільш ефективні у кожному випадку методи попередження тромбоутворення в гемосорбційних колонках.

Висновки

Запропоновано новий підхід до оцінки поверхневих явищ при контакті крові з вуглецевими сорбентами, заснований на аналізі закономірностей адсорбції сироваткового альбуміну людини на поверхні високодисперсних вуглецевих сорбентів СКН і АУТ-М з урахуванням конформаційних перетворень білкових молекул на границі розділу фаз.

Встановлено, що АУТ-М являє собою мікропористий вуглецевий волокнистий сорбент із вузьким розподілом мікропор за розмірами. Підвищення ступеню активації (обпалення) АУТ-М обумовлює розвиток пористої структури за рахунок розкриття нових мікропор і збільшення внеску супермікропор і мезопор, які утворюються при обпаленні. При цьому параметри пористої структури носять екстремальний характер: при підвищенні ступеню обпалення до 50% вони збільшуються, а при подальшому зростанні ступеню обпалення - зменшуються. На відміну від АУТ-М, сферичний вуглецевий сорбент СКН характеризується змішаною пористою структурою з близькими величинами об'ємів мікро-, мезо- і макропор. Такий розподіл пор за розмірами разом з відносно великим діаметром часток СКН обумовлює істотно меншу в порівнянні з АУТ-М сорбуючу поверхню сферичного сорбенту.

Характер рівноважної і нерівноважної адсорбції САЛ із водного розчину на вуглецевій поверхні визначається структурою сорбенту, його сорбційною активністю, а також умовами проведення сорбційного процесу, у тому числі, температурою. У дослідженому інтервалі температур (7 - 40°С) максимальна величина адсорбції САЛ вуглецевими сорбентами відзначена при 20 і 30°С, мінімальна - при 7, 25-27 і 37°С, що свідчить про більш лабільну і термодинамічно вигідну для адсорбції конформацію САЛ у розчині при 20 і 30°С.

Встановлено, що в інтервалі температур 7 - 37°С має місце полімолекулярна адсорбція САЛ на поверхні вуглецевих сорбентів. Адсорбція в першому шарі визначається взаємодією молекул САЛ з вуглецевою поверхнею і залежить від конформаційного стану молекул білка в розчині при даній температурі. Сорбційні процеси в наступних шарах визначаються, головним чином, білок-білковою взаємодією.

Величина адсорбції САЛ на вуглецевих сорбентах, визначена непрямими методами за залишковою концентрацією білка в розчині, є сумарним результатом процесів, що протікають паралельно при контакті молекул САЛ з вуглецевою поверхнею: адсорбції-десорбції, що призводять до хвилеподібної зміни концентрації білка в розчині, та конформаційних перетворень молекул білка, які обумовлюють уявне збільшення концентрації білка в розчині і, як наслідок, феномен “негативної адсорбції”. При цьому кількісний стрибок величини питомої зовнішньої геометричної поверхні при переході від сферичного сорбенту до волокнистого обумовлює якісну різницю в результуючих кривих адсорбції.

Показано, що кінетична крива адсорбції, побудована на основі результатів прямого виміру кількості САЛ на сорбенті з використанням радіоізотопної мітки, не має ділянок “негативної адсорбції”, що підтверджує їхнє походження внаслідок конформаційних перетворень молекул на границі розділу фаз, і дає змогу зробити теоретичний розрахунок параметрів процесу адсорбції САЛ на ВВМ.

На основі теоретичного аналізу експериментальних даних, отриманих при дослідженні рівноважної і нерівноважної адсорбції сироваткового альбуміну людини, показано, що дифузія молекул білка всередину вуглецевого волокна характеризується коефіцієнтом дифузії на 5 - 6 порядків меншим аналогічного показника для процесу адсорбції на сферичних сорбентах. Даний факт свідчить про перебіг процесу адсорбції молекул альбуміну на зовнішній геометричній поверхні моноволокон ВВМ. З використанням теоретичних методів дифузійної кінетики, показано, що в нерегулярному режимі кінетики адсорбції (при малих значеннях часу) концентрація адсорбованих молекул росте пропорційно ?t, тоді як у регулярному режимі (великі значення часу) концентрація адсорбованих молекул росте пропорційно t.

Відміни у кінетиці адсорбції САЛ на поверхні СКН і ВВМ, зумовлені особливостями структури і властивостей цих сорбентів, призводять до розходження в їхній поведінці при контакті з кров'ю. Звідси випливає, що на підставі експериментальних і теоретичних досліджень процесу адсорбції САЛ на високодисперсних вуглецевих сорбентах можна пояснювати і прогнозувати такі властивості як біосумісність, тромбогенність або тромборезистентність, а також оптимізувати вибір сорбентів та технологій в залежності від завдань, що вирішуються з використанням цих сорбентів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Ерецкая Е.В., Шулепов Ю.В., Гребенников С.Ф., Корнеева Л.Н., Пилипенко С.В., Кынин А.Т., Ерецкий Е.Л. Изучение равновесных и кинетических характеристик сорбции сывороточного альбумина активированными углями в проблеме оптимального выбора сорбента для гемокарбоперфузии // Доклады Академии наук Украины. 1994. № 12. С. 134-139.

Ерецкий Е.Л., Шулепов Ю.В., Ерецкая Е.В., Лобунец Т.Ф. Некоторые особенности кинетики сорбции сывороточного альбумина человека углеродными волокнистыми материалами // Доклады Академии наук Украины. 1999. № 3. С. 142-146.

Ерецкий Е.Л. Исследование температурной зависимости адсорбции сывороточного альбумина человека на активированных сферических углях // Доклады Академии наук Украины. 2000. № 6. С. 153-156.

Eretsky E.L. Studies of the Kinetic Characteristics of HSA Adsorption by Different Types of Activated Carbon Fibres // Adsorption Science and Technology. 2000. v. 18, № 5. P. 469-475.

Ерецкий Е.Л. Равновесная и неравновесная адсорбция сывороточного альбумина человека углеродными волокнистыми материалами // Доклады Академии наук Украины. 2000. № 8. С.

Ерецкий Е.Л., Пилипенко С.В., Кынин А.Т., Гребенников С.Ф. Влияние пористой структуры углеродных гемосорбентов на адсорбцию альбумина // Международный (4-й национальный) симпозиум по адсорбции и жидкостной хроматографии макромолекул. Тезисы докладов, Омск. 1994. С. 10.

Eretsky E.L., Pilipenko S.V., Shulepov Yu.V., Eretskaya E.V. Approach for selection of optimal hemosorbent // Int.J.Art.Org. 1995. v. 18, № 8. P. 422.

Eretskaya E., Eretsky E., Pilipenko S., Shulepov Yu. The influence of temperature on the interaction between HSA and the activated carbon surface // Int.J.Art.Org. 1996. v. 19, № 9. P. 514.

Eretsky E., Shulepov Yu., Eretskaya E. Study of the temperature dependence of the HSA sorption by activated carbons from water solution // 4^th European Conference on Engineering and Medicine. Book of abstracts, Warsaw. 1997. P. 394.

Eretsky E., Shulepov Yu., Eretskaya E. Some kinetic features of the HSA adsorption on the carbon sorbents at different temperatures // Artif. Organs. 1997. v. 21, № 7. P. 492.

Eretsky E. Structure features of carbon adsorbents and their influence to protein-surface interaction // Conference on physics of biological systems. Book of abstracts, Kyiv. 1998. P. 112.

Eretsky E., Shulepov Yu., Eretskaya E. The relationship between parameters of porous structure of carbon fibrous materials and adsorption of human serum albumin (HSA) from water solutions // Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological application. Abstracts of 3^rd Polish-Ukrainian Symposium, Lviv. 1998. P. 17.

Eretsky E. Conformation alterations phenomena by HSA adsorption on carbon fibrous materials (CFM): in vitro investigation // Int.J.Art.Org. 1998. v. 21, № 10. P. 641.

Eretsky E., Eretskaya E., Shulepov Yu. The influence of parameters of porous structure of carbon fibrous adsorbents on HSA adsorption // Int.J.Art.Org. 1998. v. 21, № 10. P. 642.

Eretsky E., Eretskaya E. Some specialities of investigation of HSA adsorption on carbon fibrous materials (CFM) by Lowry method // Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological application. Abstracts of 4^th Polish-Ukrainian Symposium, Lublin. 1999. P-19.

Eretskaya E., Eretsky E., Belitser N., Makogonenko E. Specialities of interaction of spherical and fibrous carbon hemosorbents with blood // Int.J.Art.Org. 2000. v. 23, № 8. P.

Eretskaya E., Shulepov Yu., Eretsky E., Theoretical aspects of human serum albumin adsorption on spherical and fibrous carbon adsorbents // Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological application. Abstracts of 5^th Polish-Ukrainian Symposium, Odessa, SCSEIO. 2000. P. 51-52.

Анотація

Єрецький Є.Л. Адсорбція сироваткового альбуміну людини сферичними і волокнистими вуглецевими сорбентами. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.11 колоїдна хімія, Інститут колоїдної хімії та хімії води НАН України, Київ, 2001.

Дисертація містить результати дослідження адсорбції сироваткового альбуміну людини (САЛ) на сферичних (СКН) і волокнистих (АУТ-М) вуглецевих сорбентах. Досліджено пористу структуру обох типів сорбентів. Показано різницю в параметрах пористої структури між дослідженими сорбентами. Знайдено температурну залежність адсорбції САЛ на вуглецевій поверхні. Запропоновано загальний механізм адсорбції САЛ на волокнистих і сферичних вуглецевих сорбентах. Встановлено вплив деяких параметрів пористої структури вуглецевих сорбентів на адсорбцію САЛ. Виявлено “виміряну негативну адсорбцію” у разі проведення оцінки адсорбції САЛ на АУТ-М непрямими методами. Запропоновано пояснення цього феномену на основі гіпотези щодо комплексного впливу процесів адсорбції-десорбції САЛ і конформаційних перетворень білкових молекул на результати вимірювання. У разі оцінки адсорбції САЛ прямими методами феномену “негативної адсорбції” не спостерігалося.

Розроблено теоретичні моделі адсорбційних процесів і на основі отриманих експериментальних даних адсорбції САЛ на СКН і АУТ-М розраховано деякі їхні параметри.

Встановлено причини різниці в механізмах тромбоутворення на волокнистих і сферичних вуглецевих сорбентах.

Сироватковий альбумін людини, вуглецевий сорбент, адсорбція, конформація, тромбоутворення

Аннотация

Ерецкий Е.Л. Адсорбция сывороточного альбумина человека сферическими и волокнистыми углеродными сорбентами. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.11коллоидная химия, Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, Киев, 2001.

Защищается рукопись диссертации, содержащей результаты исследования сорбции сывороточного альбумина человека (САЧ) из нейтрального водного раствора на сферических (СКН) и волокнистых (АУТ-М) углеродных сорбентах.

На основании экспериментов по адсорбции азота и паров ацетона, а также пикнометрических исследований рассчитаны параметры пористой структуры представленных углей. Показано, что для СКН характерна смешанная пористая структура, состоящая из микро-, мезои макропор, присутствующих в данных углях в сопоставимых количествах. В отличие от СКН АУТ-М является микропористым сорбентом с узким распределением микропор по размерам, т.е. содержание мезопор и, в особенности, макропор крайне мало. Установлено влияние повышения степени активации на величины основных параметров пористой структуры углеродных сорбентов. Определена внешняя геометрическая поверхность сферических углей СКН и показано, что она примерно в 200 раз меньше аналогичного параметра волокнистых углей АУТ-М.

Найдена зависимость величины адсорбции САЧ на углеродной поверхности от температуры. Установлены температуры, при которых адсорбция САЧ на углеродных сорбентах достигает минимальных и максимальных величин. Проанализированы характерные особенности кинетики адсорбции САЧ на углеродных сорбентах при различных температурах и выдвинуто предположение об определяющем влиянии конформационного состояния молекулы альбумина в водном растворе при данной температуре на скорость и величину адсорбции САЧ на углеродной поверхности. Определены основные условия проведения адсорбционного процесса как для максимального и минимального извлечения альбумина из раствора, так и для достижения максимального и минимального изменения нативного конформационного состояния белковых молекул после контакта с углеродной поверхностью, что определяет степень очистки альбумина от гидрофобных лигандов (токсинов).

Предложен единый механизм адсорбции САЧ для сферических и волокнистых углеродных сорбентов полимолекулярная адсорбция с формированием слоев, исключая первый, за счет специфических белок-белковых взаимодействий. Установлена зависимость величины адсорбции САЧ от параметров структуры углеродных сорбентов: адсорбция белка в первом слое определяется доступной геометрической поверхностью, в то время как адсорбция во втором слое симбатна доступному адсорбционному объему угля, вероятно, за счет индуцированной адсорбцией аминокислотных остатков конформации белковых молекул в первом адсорбционном слое. Данный вывод подтверждается результатами корреляционного анализа зависимости количества адсорбированного САЧ в кинетическом режиме от параметров пористой структуры углей.

Отмечен факт кажущейся “отрицательной адсорбции” САЧ на волокнистых углях при относительно больших концентрациях белка в случае нахождения величины адсорбции косвенными методами путем измерения его остаточной концентрации в растворе. Предложено объяснение данного феномена на основании предположения об изменении конформации молекул белка при контакте с углеродной поверхностью и присутствии таких измененных молекул в растворе. Такое объяснение находит подтверждение при рассмотрении результатов определения адсорбции САЧ на АУТ-М методом прямого измерения количества адсорбированного белка на углеродной поверхности с использованием меченного ¹²⁵I альбумина. Полученные этим способом результаты свободны от феномена кажущейся “отрицательной адсорбции” и полностью соответствуют существующим представлениям об адсорбции белков на твердых поверхностях.