Архів

ІМПЕДАНСНА ХАРАКТЕРИСТИКА КЕРАТИНУ ВОВНЯНОГО ВОЛОКНА

В. В. Гавриляк¹, О. С. Яремкевич², Г. М. Седіло³

Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

¹Інститут біології тварин НААН,
вул. В. Стуса, 38, м. Львів, 79034, Україна

²Національний університет «Львівська політехніка»,
пл. Святого Юра, 3/4, Львів, 79013, Україна

³Інститут сільського господарства Карпатського регіону НААН,
вул. Грушевського, с. Оброшино, Львівська обл., 81115, Україна

У статтінаведені результати дослідження біофізичних параметрів вовняних волокон методом імпедансної спектроскопії при змінному струмі частотою від 1 до 100 кГц. В експерименті використали вовняні волокна із середнім діаметром d=28,4 мкм, а їх хімічне оброблення моделювали за допомогою 10 % водного розчину тіогліколевої кислоти за температури 37 °С протягом 15 хв.

За допомогою сканувальної електронної мікроскопії вивчали структурні зміни поверхні нативного вовняного волокна та після його хімічного оброблення тіогліколевою кислотою. Показано, що оброблення волоса тіогліколевою кислотою призводить до деструкції його кутикулярного шару.

Установлено, що імпеданс нативного вовняного волокна при частоті струму від 1 до 40 кГц вірогідно вищий порівняно із хімічно обробленою вовною. Найнижче значення загального опору зафіксоване при частоті 10 кГц (5,36 Ом та 3,03 Ом відповідно для нативного та обробленого волокна). На частоті 40 кГц загальний імпеданс нативного вовняного волокна збільшувався на 58 % (Р≤0,05), а хімічно обробленого вовняного волокна був у 2,6 раза вищий (Р≤0,001), порівняно до опору, виміряного на частоті 10 кГц. Різниці в імпедансі нативних і хімічно модифікованих вовняних волокон пов’язані із зміною нативної структури протеїнів шляхом послаблення дисульфідних та сольових зв’язків між молекулами кератину в результаті пенетрації водного розчину тіогліколевої кислоти всередину волокна. Показано, що фазовий кут j зсуву між активною і реактивною складовою опору вовняних волокон, оброблених тіогліколевою кислотою, незалежно від частоти змінного струму, є нижчим порівняно з нативною вовною.

Ключові слова: ВОВНЯНЕ ВОЛОКНО, ЕЛЕКТРИЧНИЙ ІМПЕДАНС, КУТ j, СТРУКТУРА, ТІОГЛІКОЛЕВА КИСЛОТА

1. Maeda H. Water in keratin: Piezoelectric, dielectric and elastic experiments. Biophys.J., 1989, vol. 56, pp. 861–868. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(89)82732-8
2. Schwan H. P. Electrical characteristics of tissues: A survey. Biophysics, 1963, no. 1, pp.198–208
3. Shatalova T. A., Adeljanov A. V., Gorobchenko O. A., Nikolov O. T., Gatash S. V., Ovsyannikova T. N., Gorshunskaya M. Y. Treatment effect on dielectric characteristics of blood component of patients with type 2 diabetes. Biophysics Journal, 2012, vol. 18, no. 1, pp. 37–47. (in Russian)
4. Birgersson U., Birgersson E., Ollmar S. Estimating electrical properties and the thickness of skin with electrical impedance spectroscopy: Mathematical analysis and measurements J. Electr. Bioimp., 2012, vol. 3, pp. 51–60. https://doi.org/10.5617/jeb.400
5. Åberg P., Nicander I., Holmgren U. Assessment of skin lesions and skin cancer using simple electrical impedance Skin Res. Technol., 2003, vol. 9, pp. 257–261. https://doi.org/10.1034/j.1600-0846.2003.00017.x
6. Dua R., Beetner D. G., Stoecker W. V., Wunsch D. C. Detection of basal cell carcinoma using electrical impedance and neural networks. IEEE Trans. Biomed. Eng., 2004, vol. 51, no. 1, pp.66–71. https://doi.org/10.1109/TBME.2003.820387
7. Keshtkar A., Keshtkar A., Smallwood R. H. Electrical impedance spectroscopy and the diagnosis of bladder pathology. Physiol. Measurements, 2006, vol. 27, pp. 586–596. https://doi.org/10.1088/0967-3334/27/7/003
8. Jaffrin M. Y., Morel H. Body fluid volumes measurements by impedance: A review of bioimpedance spectroscopy (BIS) and bioimpedance analysis (BIA) methods. Medical Engineering and Physics, 2008, vol. 30, pp. 1257–1269. https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2008.06.009
9. Martinsen O, Grimnes S., Nilsen S. Water sorption and electrical properties of human nail. Skin Research and Technology, 2008, vol. 14, pp.142–146. https://doi.org/10.1111/j.1600-0846.2007.00267.x
10. Martinsen O., Grimnes S., Kongshaug E. Dielectric properties of some keratinized tissues. Part 2: human hair. Med. Biol. Eng. Comput., 1997, vol. 35, pp. 177–180. https://doi.org/10.1007/BF02530034
11. AD5933 Datasheet: Analog Devices. Available at: http://www.analog.com.
12. AD5933 Application Note “Measuring Grounded Impdance Profile Using the AD5933”, Analog Devices. Available at: http://www.analog.com.
13. Leonard E. Optimize speaker impedance matching for best audio results. Available at: http://www.audiodesignline.com.
14. Angrisani L., Baccigalupi A., Pietrosanto A. Digital Signal-Processing Instrument for Impedance Measurement. 1EEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1996, vol. 45, no. 6, pp. 930–934.
15. Starostenko O., Vazquez Luna J. G., Zehe A., Khoma V. Novel advanced methods for high accuracy impedance measurement. Instrumentation and Development, 2001, vol. 5, no. 1, pp. 27–38.
16. Grimnes S, Martinsen Bioimpedance and bioelectricity basics. San Diego: Academic Press, 2000, 309 p.
17. Ogawa S., Fujii K., Kaneyama K., Arai K. Action of Thioglycolic acid and L-Cysteine to disulfide cross-links in hair fibers during permanent waving treatment. SEN’I GAKKAISHI, 2008, vol. 64, no. 6, pp. 137–144. https://doi.org/10.2115/fiber.64.137
18. Zabashta Y. F., Kasprova A. V., Senchurov S. P., Grabovskii Y. E. The location of the thioglycolic acid molecules in intrafibrillar unordered areas of the human hair keratin structure. Int. J. of Cosmetic Sciences, 2012, vol. 34, pp. 223–225. https://doi.org/10.1111/j.1468-2494.2012.00707.x

скачати повний текст статті в форматі PDF