Järjestäytyneen hydrofobiinikalvon muodostuminen kaarevalle vesi/ilma -rajapinnalle
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2015-11-10
Department
Major/Subject
Kemia
Mcode
KE3001
Degree programme
KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
47+4
Series
Abstract
Työn kirjallisuusosassa on esitelty mitä ovat pinta-aktiivisiin proteiineihin kuuluvat hydrofobiinit, niiden alkuperä sienissä, mistä ne koostuvat ja millaisia sovelluksia niillä voisi olla. Käytiin läpi mitä ovat pinta-aktiiviset aineet, miten ne käyttäytyvät rajapinnalla ja kuinka ne kiteytyvät rajapinnalle. Näytettiin myös kuinka hydrofobiini kertyy vesi-ilma –rajapinnalle ja miltä tämä näyttää teoriassa ja käytännössä. Kokeellista osaa varten esiteltiin myös pintajännityksen teoriaa sekä kontaktikulman käsite matemaattisine malleineen. Työn kokeellisessa osassa tehtiin hydrofobiinia HFBI sisältävistä liuoksista pisaroita, joiden käyttäytymistä tutkittiin ajan funktiona. Pisaran haihtumista, pintajännitystä ja kiteytymistä seurattiin mittaamalla pisaroista kontaktikulma tunnetun ajan välein ja laskemalla näiden kuvien perusteella arvot seuratuille suureille. Ajan kuluessa pisara muutti muotoaan niin, että pinnalle sen päälle muodostui tasainen alue. Tehtiin oletus, että pisaran pinnalla tapahtuu kiteytyminen. Työssä pyrittiin tutkimaan millaiset olosuhteet tämä oletettu kiteytyminen vaatii. Muutettavina olosuhteina käytettiin hydrofobiinin pitoisuutta, pisaran kokoa, pisaran haihtumiseen vaikuttavan ilmankosteuden vaihtelua ja pisaroiden alustana kokeiltiin kahta erilaista hydrofobista pintamateriaalia. Oletettu kiteytyminen havaittiin tutkimalla kuvia ja havaitsemalla milloin Young-Laplacen yhtälöön perustuva pisaran pyöreäksi olettavamatemaattinen malli alkoi pettää. Tutkimukset osoittavat, että tämä tapahtuu sitä nopeammin, mitä enemmän HFBI:a on liuoksessa. Pisaran tilavuutta seuraamalla havaittiin selkeä korrelaatio HFBI:n konsentraation ja haihtumisnopeuden välillä. Mitä korkeampi HFBI:n konsentraatio, sitä nopeammin pisara haihtui. Ilmankosteutta vaihtelemalla selvisi, että pelkkä korkeampi haihtumisnopeus nopeuttaa myös oletettua kiteytymistä. Konsentraatiolle ei löydetty mitään selkeää kriittistä arvoa, jonka jälkeen oletettu kiteytyminen tapahtuu. Selvästi kuitenkin pisaran pieneneminen haihtumalla sai pisaran pinnan suoristumaan. Kontaktikulmalle ei myöskään määritelty mitään raja-arvoa, jonka jälkeen pinta suoristui. Kontaktikulman pienentyessä liikaa pisaran pinnalla tapahtuvia muutoksia ei pystytty havaitsemaan yhtä hyvin kuin isommilla kontaktikulmilla. Ennen oletettua kiteytymistä pisaran pintajännitys oli laskenut lähelle 30 mN/m. Matemaattisen mallin pettämisen takia tarkkoja tästä arvoja ei saatu. Pinnan suoristuminen esimerkiksi kiteytymällä ei ole yksinkertainen prosessi, jonka seurauksena mittauksiin jäi paljon epävarmuutta ja hajontaa, joita voisi automatisoinnilla minimoida.Surface active proteins called hydrophobins were studied in the literature survey. The emphasis was on their origin in fungi and their possible applications. Also surfactants, their behavior at water-air interface and how their crystallization at the interface were considered. It was discussed how hydrophobin layer builds up on water-air interface and how this looks like in theory and in practice. In the experimental part, also the theory of surface tension and concept of contact angle were discussed. In the experimental part of the study, droplets consisting of hydrophobin HFBI were investigated. The behavior of the droplets as a function of time was observed. Evaporation, surface tension and crystallization of the protein on the droplet surface were followed by taking pictures and measuring the surface tension of the droplets. As time passed, flattening of the droplet was observed. Based on previous observations, we assumed that this was due to crystallization of the hydrophobin layer. In this study we wanted to study what kind of circumstances affect the crystallization. The variables we studied were the concentration of HFBI, size of the droplet, relative humidity and the contact angle of the droplet. Assumed crystallization was observed by studying the droplet shape and detecting when the classical Young-Laplace equation based mathematical model could no longer fit the droplet shape. We took this point as the starting point of crystallization. These studies show, that the greater concentration of HFBI is, the lower the crystallization time is. Observing the volume of the droplet we found clear positive correlation between HFBI concentration and evaporation rate. By altering the air humidity it was found, that just greater evaporation rate lowers the time of assumed crystallization. No critical value of concentration that allows crystallization was found. It became clear that shrinking of the droplet by evaporation made surface flattening possible. There was no critical value for the contact angle which was needed before flattening could occur. When contact angle was too low, we could not observe changes of the surface as well as with higher contact angles. Before assumed crystallization happened, the surface tension was lowered to around 30 mN/m. Because problems with the mathematical model we could not have exact values. Flattening of the droplet for example via assumed crystallization is not a simple process and measurements contained deviation that could be minimized by automation.Description
Supervisor
Laaksonen, PäiviThesis advisor
Paananen, ArjaKeywords
hydrofobiini, HFBI, proteiinit, pinta-aktiivisuus, kitetytyminen, vesi/ilma -rajapinta