P. Peterlin1, F. Sevšek1,2,
S. Svetina1,2 in B. Žekš1,2
1Inštitut za biofiziko MF, Univerza v Ljubljani,
Lipičeva 2, 61105 Ljubljana, in
2Inštitut
``Jožef Stefan'', Jamova 39, 61111 Ljubljana
Amfipatične molekule, kot so fosfolipidi, se v vodni raztopini spontano uredijo v dvojno plast. Nepolarni repi v njej so staknjeni, polarne glave pa gledajo navzven in so v stiku z raztopino. Obe plasti lahko drsita druga ob drugi, hidrofobna interakcija pa jima preprečuje, da bi se ločili. Energija roba dvojne plasti se še zmanjša, če se ta zaključi sama vase v fosfolipidni mehurček.
Pri poskusih smo pogosto opazili mehurčke z vključki. Membrana le-teh je uvihana sama vase, tako da se kažejo kot okrogel mehurček, v katerem je zaprt manjši okrogel mehurček. Krogli sta povezani s tankim vratom.
Ko mehurček z vključkom postavimo v električno polje, delujejo na stiku neprevodne membrane in prevodne raztopine električne sile. Zaradi tega se zunanji mehurček deformira v potegnjeni rotacijski elipsoid, notranji pa ostane okrogel, le zmanjša se. Ko polje povečujemo, deformacija narašča. Proces teče do neke vrednosti polja, ko se vrat odpre, iz obeh mehurčkov pa nastane enotni potegnjeni rotacijski elipsoid. Ob zmanjševanju polja se proces obrne, pri čemer je bila opažena manjša histereza.
Oblika fosfolipidnega mehurčka je določena z minimumom njegove celotne energije. K tej prispevata lokalna in nelokalna upogibna energija ter energija električnega polja. Prvi dve sta neodvisni od električnega polja in se elipsoidni deformaciji upirata, zadnja pa je sorazmerna kvadratu jakosti električnega polja in favorizira deformirane oblike. Nasprotujoči si težnji se uravnovesita pri neki deformaciji. Ta je tem večja, čim večje je polje.
Kolikšno polje je potrebno, da se vezni vrat odpre? Energijo deformiranega mehurčka z vključkom primerjamo z energijo popolnoma raztegnjenega mehurčka. Ker se energijska razlika manjša, pri dovolj visoki vrednosti polja doseže upogibno energijo vključka, ki je neodvisna od električnega polja. To je tista vrednost polja, ki je potrebna za odprtje vratu.
Opisani model je pokazal, da je jakost polja, potrebna za prehod iz oblike z vključkom v raztegnjeno obliko, razen od snovnih konstant odvisna od velikosti in polnosti fosfolipidnega mehurčka, to je razmerja med prostornino telesa in prostornino, ki bi jo imela krogla z enako površino. Model ponuja možnost, da iz poskusov z mehurčki v električnem polju dobimo oceno za vrednost nelokalne upogibne konstante.
12. Interdisciplinarna fizika