От чего забиваются поры в мембране

Обновлено: 25.04.2024

С точки зрения проницаемости липидные поры принципиально отличаются от белковых каналов своим происхождением и исключительной динамичностью. В то время как белковые каналы имеют строго определенные размеры, сохраняющиеся в течение всей жизни клетки, размеры липидных пор в процессе затекания варьируют в широких пределах. Однако эта изменчивость имеет предел. Если радиус поры меньше критического, то пора в процессе затекания должна пройти все промежуточные радиусы и достигнуть минимального размера. Вопрос о возможности полного затекания липидных пор остается открытым. Предполагается, что полному затягиванию поры препятствуют мощные силы гидратации, проявляющиеся при сближении стенок гидрофильных пор.

Липидные поры в отличие от белковых ионных каналов не обладают выраженной избирательностью, что зависит от их сравнительно больших исходных размеров. Ясно, однако, что в процессе затекания липидные поры могут достигать сколь угодно малых размеров, в том числе сравнимых с размерами белковых ионных каналов, что может приводить к перераспределению ионных токов в мембране, например при возбуждении. Известно далее, что после выключения стрессового воздействия бислойная липидная мембрана может вернуться в состояние с низкой проводимостью, что подразумевает достижение порами размера, недостаточного для прохождения гидратированных ионов. Таким образом, гидрофильные липидные поры универсальны в том отношении, что могут быть использованы клеткой для транспорта высокомолекулярных веществ, ионов и молекул воды.

Исследования проницаемости липидных пор развиваются в настоящее время в двух направлениях: в первом исследуются максимально большие поры, во втором, наоборот, – липидные поры минимального радиуса. В первом случае речь идет об электротрансфекции – способе введения в живые клетки или липосомы молекул ДНК с целью переноса и внутриклеточного введения чужеродного генетического материала. Оказалось, что внешнее электрическое поле высокой напряженности способствует проникновению гигантской молекулы ДНК внутрь мембранной частицы. Максимальный размер критической поры соответствует жидкокристаллическому состоянию бислоя липидов при отсутствии внешнего электрического поля и равен 9 нм. Наложение внешнего электрического поля напряженностью 100 кВ/м понижает критический радиус поры до 1 нм за время 0,2 с. Поскольку при этом мембраны сохраняются, то размер липидных пор в них не превышает, очевидно, этого нижнего предела. Парадокс состоит в том, что эффективный диаметр статистического клубка ДНК, которая должна попасть внутрь частицы, достигает 2000 нм. Очевидно, что молекула ДНК должна проникать через мембрану в виде расплетенной одиночной нити. Известно, что конец нити имеет диаметр 2 нм и таким образом только-только может войти в пору. Однако свободная диффузия нити ДНК в поре при этом вряд ли возможна. К сожалению, механизм этого явления до конца неясен. Проникновению ДНК могут способствовать дополнительные силы электрофореза и электроосмоса с учетом суммарного отрицательного заряда молекулы ДНК.

Второе направление исследования проницаемости мембран с участием липидных пор связано с трансмембранным переносом молекул и ионов воды. Известное в биологии явление высокой водной проницаемости клеточных мембран полностью воспроизводится на искусственных липидных бислоях, что подразумевает участие в этом процессе гидрофильных липидных пор.

Первое, что можно отметить, – это огромное различие между коэффициентом проницаемости липидного бислоя для гидратированных ионов (ион натрия) и молекул (ионов) воды. Это различие достигает девяти порядков. Столь значительное различие свидетельствует в пользу предположения о том, что в процессе затекания липидные поры могут достигать размера, недостаточного для прохождения гидратированных ионов, но доступного для прохождения более мелких частиц – молекул и ионов воды. Кроме того, фазовый переход мембранных липидов в гель-состояние сопровождается скачкообразным уменьшением коэффициента проницаемости для ионов и молекул воды. Отсюда следует, что в ходе фазового перехода из множества липидных пор отбираются те, радиус которых не превышает 2 нм. И наконец, обращают внимание количественное совпадение коэффициентов проницаемости бислойной мембраны для молекул и ионов воды, а также их одинаковая динамика при фазовом переходе. Естественно предположить, что молекулы и ионы воды пересекают мембрану одним и тем же путем.

В пользу возможности протонной проводимости на границе раздела водной фазы с полярной частью фосфолипидного бислоя свидетельствуют данные о латеральной протонной проводимости на границе липидного бислоя с водой. Таким образом, возможен мембранный обмен протонами между протонными каналами и протонными насосами минуя раствор электролита, омывающего мембрану. Кроме того, молекулы липида в кромке липидной поры способны, как показано в последнее время, участвовать в быстром флип-флоп обмене. В сочетании с латеральной миграцией протонов этот механизм также способствует эффективному трансмембранному переносу протонов.

Основной вывод состоит в том, что стабильность липидного бислоя и клеточной мембраны, лишенной белкового каркаса, определяется липидными порами. Эти поры образуются в местах дефектов жидкокристаллической структуры липидного бислоя. Липидные поры возникают в результате тепловых флуктуаций поверхности бислоя, а также могут рождаться при мембранном стрессе, сопровождающем фазовый переход мембранных липидов, при электрическом пробое и осмотическом лизисе. При сохранении стабильности мембран поры залечиваются, пробегая при этом все промежуточные значения радиусов. Минимальные радиусы липидных пор могут стать сравнимыми с размерами избирательных белковых каналов, регулирующих в норме ионную проницаемость клеточных мембран. На последних этапах затекания липидные поры могут превращаться в водные поры, доступные только для молекул и ионов воды.

Литература

1. Антонов В.Ф. Мембранный транспорт // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. No 6. С. 6–14.

2. Антонов В.Ф., Смирнова Е.Ю., Шевченко Е.В. Ли- пидные мембраны при фазовых превращениях. М.: Наука, 1992. С. 125.

3. Чизмаджев Ю.А., Аракелян В.Б., Пастушенко В.Ф. Биофизика мембран. М.: Наука, 1981. С. 207–229.

4. Кленчин В.А. // Биол. мембраны. 1993. Т. 10. С. 5–19. 5. Powell K.T., Weaver J.C. // Bioelectrochemistry and

Bioenergetics. 1986. Vol. 15. P. 211–227.

6. Elamrani K., Blume A. // Biochim. et biophys. acta. 1983. Vol. 727. P. 22–30.

7. Prats M., Tocanne J.F., Teissie J. // Biochimie, 1989. Vol. 71. P. 33–36.

Почему поры на коже лица забиваются, какие могут быть последствия и как этих последствий избежать — сейчас все узнаете.

Анастасия Зарипова Автор

Мария Невская Дерматолог

Как определить, что поры на лице забиты

Научного термина «забитые поры» не существует. Это словосочетание часто используют в разговорной речи, когда хотят сказать, что кожа лица нуждается в чистке, потому что появилось слишком много черных точек, которые грозят превратиться в воспалительные элементы.

Чтобы понять, почему забиваются поры на лице, разберемся, для чего они предназначены. Вспомним основы анатомии. Кожа — самый большой наш орган. Одна из его составляющих — сальные железы, основная задача которых вырабатывать себум.

«В норме секрет сальных желез через поры выходит на поверхность эпидермиса и распределяется по ней. Вот почему здоровая кожа выглядит увлажненной и гладкой. Но если что-то пошло не так, пора оказывается закупоренной кожным салом и отмершими клетками».

К этой компании могут присоединиться бактерии. В этом случае появляются сначала черные точки, а потом возникают прыщи. Наша задача — предотвратить закупорку пор. Узнайте, правильно ли вы очищаете кожу с помощью нашего теста.

Почему забиваются поры

Перечислим основные факторы, которые могут привести к загрязнению пор.

Тип кожи

Люди с жирной и комбинированной кожей чаще страдают от забитых пор, поскольку их сальные железы отличаются гиперактивностью.

Неверно выбранная косметика

Тут все довольно просто. Если вы не читаете этикетки, то обладая жирной кожей, по ошибке можете включить в бьюти-рутину средства на основе масел. Выбирая косметику, ищите на упаковке пометку «некомедогенно».

Неправильный уход за кожей лица

Очень часто закупорка пор происходит из-за неграмотного применения косметических средств и отсутствия в бьюти-рутине таких важных этапов, как отшелушивание и интенсивное очищение.

АнтиЗОЖ

Жирная и острая пища, избыток сладкого и мучного в рационе, а также отсутствие физической нагрузки могут косвенно влиять на состояние пор на лице.

Гормональный дисбаланс

Это одна из причин угревой болезни. Ее проявлениям подвержены:

подростки в период полового созревания;

женщины в период менопаузы;

Загрязнение окружающей среды

Чтобы пыль и токсины, которых немало в атмосфере мегаполиса, не успели навредить вашей коже, обязательно тщательно умывайтесь по вечерам, а после утреннего очищения лица наносите средства ухода с защитными свойствами. Тоник, сыворотка, крем-уход, тональное средство (с легкой текстурой, если у вас жирная кожа) — ваш ежедневный набор.

Методы избавления от закупоренных пор

Если поры закупорены, но воспалений пока нет, надо действовать быстро, чтобы предотвратить их появление. И лучше, если помогать вам словом и делом будет врач. Дерматолог проведет диагностику кожи, наметит план необходимых мероприятий и посоветует подходящие средства.

В салоне и клинике

В салонах для очищения пор используют самые разные процедуры. Вот наиболее популярные и эффективные.

Ручная или механическая чистка — один из самых болезненных, но одновременно качественных способов сделать кожу более ровной и гладкой. После очищения и распаривания лица специалист вручную освобождает поры от пробок. Обычно процесс занимает от 30 до 45 минут и требует регулярности.

Вакуумная чистка принадлежит к мягким методам. Очищение пор с помощью вакуумного аппарата подойдет тем, у кого тонкая и чувствительная кожа.

Ультразвуковая чистка — отличный вариант для тех, кто хочет во время процедуры просто расслабиться. Ультразвук действует крайне деликатно. Никаких неприятных ощущений после такой чистки нет. Но стоит понимать, что она требует регулярности. Подходит даже для чувствительной кожи.

Гальваническая чистка, или дезинкрустация. Процедура выполняется с помощью щелочного раствора и гальванометра. Последний генерирует слабые импульсные низкочастотные токи. В результате происходит химический процесс: секрет сальной железы вступает в реакцию с щелочью, кожное сало размягчается и хорошо удаляется. Подходит для кожи с сильно забитыми порами, комедонами, акне.

В домашних условиях

Чтобы очистить закупоренные поры в домашних условиях, приучите себя правильно и регулярно ухаживать за лицом, не забывая про важные этапы бьюти-рутины.

Очищение

Очищать кожу необходимо два раза в день — утром и вечером. Утром достаточно умыться с помощью геля или пенки. Вечером — снять макияж и также умыться.

Очищающее средство 3-в-1 скраб + гель для умывания + маска «Три-Актив глубокое очищение» Normaderm, Vichy

Две кислоты (салициловая и гликолевая), дополненные частицами белой глины, способствуют очищению жирной, проблемной кожи и эффективно освобождают поры от загрязнений.

Очищающий отшелушивающий гель Biosource Gelee Micellaire, Biotherm

Кислоты в составе геля мягко отшелушивают верхний слой эпидермиса. Гель подходит и для мужской кожи.

Отшелушивание

Кожу необходимо отшелушивать дважды в неделю. Для этого используйте скрабы и пилинги на основе AHA- и BHA-кислот либо кислотные тоники. Они удаляют ороговевшие клетки, очищают поры, выравнивают тон и рельеф кожи, помогают сыворотке и крему действовать эффективнее. При выборе отшелушивающих средств стоит учитывать тип и состояние кожи.

Для жирной кожи, склонной к акне, лучше выбирать формулы с салициловой кислотой.

Для склонной к сухости — с гликолевой или молочной.

Сахарный скраб для лица, очищающий, сокращающий черные точки, L'Oréal Paris

За обновление кожи три натуральных сахара и зерна киви. Масло мяты обладает успокаивающим действием. Масло лемонграсса борется с прыщиками. В результате поры очищаются и становятся менее заметны.

Очищающие маски

После очищения кожи пару раз в неделю стоит делать очищающую маску на основе глины. Нанесите состав на кожу минут на 20, а затем смойте теплой водой. Не забудьте после процедуры воспользоваться увлажняющим кремом.

Маска «Магия глины. Детокс и сияние», L’Oréal Paris

Борется с загрязнениями и возвращает коже сияние. В составе — три вида натуральной очищающей глины и уголь, подобно магниту вытягивающий загрязнения. Заметно улучшает состояние кожи. Рассчитана на 10 применений.

Меры предосторожности

При борьбе с забитыми порами, действуйте без фанатизма, чтобы не нанести коже вред.

Не стоит очищать кожу до скрипа.

Не допускайте травмирования кожи.

Не используйте скрабы и пилинги при воспалениях в стадии обострения, а также кожных заболеваниях.

Обзор средств для профилактики забитых пор

Очищающий скраб для лица «Бесконечная свежесть. Роза+Лотос», L’Oréal Paris

Подходит для нормальной и комбинированной кожи. Хорошо очищает поры и матирует. Экстракты розы и лотоса способствуют преображению кожи.

Минеральная маска-пилинг «Двойное сияние», Vichy

Фруктовые кислоты и абразивные частицы вулканического происхождения отлично отшелушивают кожу.

Очищающий гель «Чистая кожа» против черных точек и жирного блеска, Garnier

Очищает кожу, борется с черными точками благодаря входящим в состав формулы салициловой кислоте и цинку.

Корректирующая эмульсия для жирной кожи Еffaclar K(+), La Roche-Posay

LHA и салициловая кислота, матирующие агенты, витамин Е помогают избавиться от черных точек, жирного блеска и расширенных пор.

Почему появляются закрытые комедоны на лице, как бороться с ними и как ухаживать за проблемной кожей — обо всем этом расскажем прямо сейчас.

Анастасия Зарипова Автор

Александр Прокофьев Дерматолог

Екатерина Турубара Эксперт

Что такое закрытые комедоны

Черные точки, угри, гнойнички, узелки, сальные пробки и подкожные прыщи — все это проявления акне, или угревой болезни. Звучит не очень красиво, да и выглядит так же. Несовершенства доставляют массу неприятностей, начиная от чисто физических неудобств и заканчивая настоящими психологическими проблемами.

Чтобы понять, что такое закрытые комедоны, для начала разберемся, что же такое угревая болезнь. Согласно общепринятому мнению, это хроническое кожное заболевание, которое в большинстве случаев проявляется в период полового созревания. Однако справедливости ради стоит отметить, что и у взрослых акне — не такая уж редкость.

Как развивается акне: сначала вскакивает прыщ, потом еще, а дальше начинается маленький персональный ад и постоянная борьба с ним. Но это внешняя сторона вопроса.

"По усредненным данным, 40-50% мужчин и женщин в возрасте 20-30 лет и 20% — в возрасте 40-50 лет в той или иной степени страдают от акне и/или его последствий".

Изнутри все выглядит, как в научно-фантастическом фильме. В сальных железах увеличивается секреция кожного сала, параллельно формируется гиперкератоз (накапливаются клетки рогового слоя). Все это влечет за собой цепную реакцию: нарушается отток себума (кожного сала), закупориваются протоки сальных желез (клетки рогового слоя не успевают отшелушиваться), начинается воспалительный процесс в сальных железах. Так возникают прыщи. Они же — комедоны.

Об открытых комедонах можно почитать здесь. Остановимся подробнее именно на закрытых и попытаемся выяснить, можно ли их убрать.

Закрытые комедоны — это устья протоков сальных желез, заполненные омертвевшими клетками кожи и кожным салом, не имеющим возможности выйти наружу. Обычно закрытый комедон белого цвета. Если кожа склонна к появлению подобных несовершенств, важно уделять особое внимание очищению пор. Но если момент упущен, то закрытый комедон воспаляется: сначала краснеет, а затем трансформируется в болезненные пустулы, заполненные гноем.

Где чаще всего появляются комедоны

Подбородок, скулы, лоб — любимые места появления комедонов. © Getty Images

«У подростков проявления акне, как правило, располагаются на лбу и носу, то есть на участках с высокой концентрацией сальных желез, у взрослых женщин они сосредоточены в нижней части лица — на подбородке и щеках. При этом у взрослых преобладают закрытые и открытые комедоны, а у молодых людей высыпания мультиформны: на коже одновременно присутствуют папулы, пустулы и комедоны. У старшего поколения воспаления имеют более глубокое расположение, склонны долго не рассасываться и при попытках вскрытия и выдавливания переходить в кисты».

Излюбленное место дислокации закрытых белых комедонов — область вокруг носа и рта. Это объяснимо, ведь именно здесь больше всего сальных желез.

Кроме того, на состоянии кожи не лучшим образом сказывается негативное влияние окружающей среды: загазованный воздух городов, агрессивное солнце, жесткая водопроводная вода. К распространенным зонам высыпаний также относятся:

линия роста волос;

Причины появления закрытых комедонов на лице

К факторам, провоцирующим появление комедонов, относятся сладости. © Getty Images

Если говорить о причинах появления подкожных прыщей (а комедоны — это внутрикожные элементы), то их несколько, и все они так или иначе связаны между собой. Рассмотрим их более подробно.

Гормональный фактор

Появление закрытых комедонов у подростков связывают с повышением в крови мужских половых гормонов андрогенов — в результате чувствительные к ним сальные железы увеличиваются в размерах и начинают продуцировать больше себума.

Женщины в период беременности и во время менопаузы также находятся в зоне риска из-за гормональной перестройки.

Анатомический фактор

Есть данные, что у тех, кто страдает угревой болезнью, протоки сальных желез на безволосых частях тела, а именно на лице и спине, тоньше, длиннее и более извиты, чем у тех, кто с этой проблемой не знаком. Такая анатомическая особенность создает предпосылки для застоя себума, растягивающего проток сальной железы вместо того, чтобы излиться наружу.

Стрессы

Известно, что гормон стресса кортизол провоцирует повышенную выработку кожного сала и, как следствие, закупорку пор. Именно поэтому, а не просто по закону подлости, закрытые комедоны на носу, подбородке, лбу и щеках могут возникнуть накануне важного свидания или собеседования.

Неправильное питание

Основное условие при борьбе с комедонами закрытого типа в частности и акне в целом — как можно быстрее наладить здоровое питание. Главные провокаторы прыщей — мучное, сладкое, копченое, очень соленое или острое, а также алкоголь и кофе. Такие продукты не просто неполезны для организма в целом, но еще и нежелательны для кожи, особенно при угревой болезни. Они запускают активную работу сальных желез, в результате чего могут появиться закрытые и открытые комедоны.

Неправильный косметический уход

Чрезмерное увлечение спиртосодержащими средствами, частое умывание горячей водой и применение агрессивных очищающих методов — все это может способствовать ухудшению внешнего вида и состояния жирной проблемной кожи, так как способствует ее обезвоживанию, а обезвоженная кожа в качестве ответной реакции начинает продуцировать больше кожного сала.

Лечение ретиноидами и антибиотиками также способствует сухости кожи. Если вы принимаете подобные лекарства, необходим грамотно подобранный, желательно с помощью дерматолога, ежедневный уход.

Вредные привычки

Следите за руками! Привычка трогать лицо в течение дня по поводу и без — одна из причин появления закрытых комедонов на подбородке и щеках. Алкоголь и сигареты также относят к потенциальным провокаторам прыщей на лице.

Обратноосмотическая вода — во всех смыслах иллюстрация дихотомии H2O / Примеси.
Мы в АКВАФОР привыкли, что мир делится на:

тех кто считает, что осмотический фильтр чистит все, кроме кармы и совести
и тех, кто подливает осмотическую воду в чай врагу, считая ее мертвой.

Поговорим о принципе работы мембраны, об отличии осмотической воды от дистиллята и электролита, а также о том, стоит ли искать в ней поры и варить в кислоте.

Сделано военными учеными для подводных лодок?

Не совсем. Знакомство человека с полупроницаемыми мембранами началось с истории внимательного французского аббата Ноле в середине XVIII века. Он налил вино в свиной мочевой пузырь и оставил на хранение в бочке водой. Вино стало похожим на сок, пузырь увеличился, а явление получило от Ноле название осмос (от греческого “давление”). Аббат описал свойства полупроницаемой мембраны и ее главную способность — пропускать только воду. Если ли бы пузырь с вином, который Ноле положил в воду, не обладал способностью растягиваться, проникающая вода подняла бы давление и процесс бы остановился. Давление, которое необходимо приложить, чтобы не пустить воду в вино и называется осмотическим. Оно зависит от разности концентраций растворенных веществ по обе стороны мембраны.

Если бы аббат догадался сжать пузырь с вином и «выдавить» из него лишнюю воду — мог бы заодно изобрести и обратноосмотический фильтр.

Позднее к исследованиям подключились естествоиспытатели, ботаники и физиологи, интересовавшиеся природными проявлениями осмоса, в частности, питанием растений и клеток человеческого организма. Отдельную ветку интересантов составили физики и химики, которых беспокоила задача “повторить процесс в промышленных масштабах” для обессоливания пресной воды и опреснения морской.

Принцип работы бытовой обратноосмотической мембраны

Сегодня обратноосмотическая мембрана — это тонкая полимерная пленка, нанесенная на инертную подложку, полностью проницаемую для воды. Важнейшим свойством мембраны является способность набухать — то есть вступать в реакцию с молекулами и связываться с ними. Этот процесс называется гидратацией. Другие растворенные в воде вещества не могут вступать в реакцию с материалом мембраны и когда к набухшей мембране прикладывается давление воды в водопроводе, только молекулы воды начинают просачиваться (выдавливаться) через мембрану.

При переходе воды через мембрану, концентрация растворенных веществ перед мембраной растет, и соответственно растет осмотическое давление.
Если осмотическое давление сравняется с давлением в системе, переход воды через мембрану прекратится. Чтобы этого не произошло, концентрат постоянно сбрасывается в дренаж.

Из чего производят современные мембраны?

В течение последних десятилетий материалы мембраны видоизменялись, из наиболее распространенных отметим:

— Полиацетатные
Целлюлоза. Старое поколение полупроницаемых мембран, которые пропускали до 50% нитратов. Наличие угольной предфильтрации в данном случае не помогает, ведь она также не “видит” нитраты. Целлюлозная основа полиацетатных мембран провоцировала активное размножение бактерий.

— Полиамидные
В последнее десятилетие широкое распространение получил этот тип мембран, а конкретно благодаря устойчивости к биопрорастанию и селективности 92 — 99%. В своих обратноосмотических системах АКВАФОР использует Полиамид 66, который по сути является нейлоном.

Следует различать бытовые тонкопленочные мембраны и мембраны, которые используются для опреснения морской воды. Принцип работы этих мембран один и тот же, однако технически мембрана для опреснения устроена иначе. Чтобы “отжать” H2О из морской воды придется предолеть её более высокое осмотическое давление, тонкопленочная мембрана в таких условиях порвется. Для работы с высокими нагрузками при опреснении, требуется иное техническое исполнение: мембрана делается из других материалов и имеет более плотную подложку (например, керамическую).

Осмос — не сито!

Мнение о том, что мембрана работает за счет наличия в ней “очень маленьких пор” не соответствует действительности. Обратноосмотическая мембрана не имеет пор. Разделение воды на пермеат (очищенную воду) и ретентат (концентрат примесей, уходящий в дренаж) происходит за счет процесса, схожего с передачей электрического тока через металлический полупроводник.

Способность “проводить” воду — свойство определенного класса полимерных материалов, аналогичное способности металлов проводить электрический ток. При этом есть материалы, которые не проводят ни то, ни другое.

Механизм передачи молекул воды через мембрану похож на процесс передачи тока по металлическому проводнику. В нем также, как и в мембране нет отверстий, тем не менее ток в виде электронов следует через материал из места, где их много в направлении меньшей “концентрации”.

Почему селективность мембраны не всегда 100%?

Сравним фильтрационные способности сорбционных и обратноосмотических фильтров по типам загрязнений:

Не все примеси подлежат 100% удалению даже обратноосмотической мембраной. Напомним, изначально мембраны создавались для обессоливания воды (в местностях, где питьевая вода заметно соленая, но еще не морская). Поэтому стандартные испытания на удаление солей мембраной проводились по раствору поваренной соли (хлорида натрия). И действительно, осмос может обеспечить удаление соли на 99%. Однако, когда вода очень жесткая, эффективность может снижаться до 93-95%, за счет увеличения “проскока”.

Для бытового осмоса чаще всего используют мембраны с селективностью от 97 до 99%. Их нормируют по хлориду натрия, но это не значит, что так же будет и по другим веществам. У разных загрязнителей ”проскок” может отличаться, это зависит от их природы. Например, некоторые соединения бора проходят через мембрану довольно успешно, другие же соединения, например, большие органические молекулы, наоборот, удаляются практически на 100%.

“Проскок” происходит по трем причинам:

“Мимикрия”. Если в воде присутствует что-то, по своему химическому поведению похожее на молекулу воды, оно может образовывать связи с материалом мембраны и “проходить за компанию”.
Диффузия, о ней расскажем подробнее дальше.
Повреждения или плохое качество мембраны.

О мимикрии. Представьте линию рабочих, передающих по цепочке кирпичи. Если несколько кирпичей заменить на что-то очень похожее, то есть «тяжелое и прямоугольно-параллелепипедное», вряд ли кто-то в цепочке заметит подмену.

Любая мембрана пропускает какое-то количество растворенных веществ, именно поэтому измерения солесодержания (а на самом деле — электропроводности) с помощью TDS-метра показывают результаты очень низкие, но не нулевые. Эффективности TDS-метра, кстати, посвящен предыдущий пост.

Диффузия — параллельный процесс

Одновременно с процессом переноса молекул воды через мембрану, происходит и процесс диффузии растворенных веществ через нее же. Чем больше градиент концентрации, тем больше диффузия. Конечно, результат этого процесса определяется и природой диффундирующих веществ: какие-то из них более «пронырливы», какие-то менее. При прочих равных, большие органические ионы диффундируют хуже маленьких, «шустрых» ионов щелочных металлов.

По сравнению с основным переносом молекул воды через мембрану, количество диффундирующего вещества мало, и в бытовой водоочистке им можно пренебречь. Тем не менее, именно по этой причине селективность мембраны составляет не 100%.

Результат диффузии обычно заметен в первой порции воды после длительной стагнации — простоя фильтра. За это время концентрация солей по обе стороны мембраны успевает выровняться. В «продвинутых» фильтрах есть специальные ухищрения, чтобы бороться с этой проблемой.

Любой материал подвержен диффузии. Думаете полиэтилен герметичен? Газы через него проходят со свистом, хоть и тихим. Гораздо быстрее диффундирует гелий из воздушного шара.

Что не чистит даже обратноосмотический фильтр?

Есть вещества, которые легко обманывают мембрану. Среди них — бор/бораты. При нейтральном рH бор находится в растворе в виде молекулы H3BO3 и по некоторым свойствам очень напоминает мембране воду. Это позволяет бору проходить через мембрану за компанию. Если рН изменить на щелочной, то бор будет находиться в растворе в виде заряженного иона — аниона борной кислоты или тетрабората. В виде аниона, бор уже отлично отсекается мембраной.

Для некоторых легколетучих органических соединений характерна высокая диффузионная активность. Например, хлороформ способен проникать через мембрану, однако легко удаляется угольным предфильтром. Мембрана не предназначена для удаления газов, в частности, сероводорода. Жителям мегаполисов переживать не стоит, воду с сероводородом не поставят в водопроводную сеть, а бор токсичен не во всех формах. Борную кислоту, например, закапывают детям в уши.

Факторы “здоровья” мембраны

Причины по которой мембрана выходит из строя:

Физическое повреждение
Потеря способности к гидратации из-за воздействия хлорированной воды или других окислителей (озонирование) либо из-за высыхания мембраны. Процесс может стать необратимым, поэтому нельзя допускать высушивание уже поработавшей мембраны. А чтобы предотвратить порчу мембраны из-за хлора, обратноосмотический фильтр обязательно имеет в составе угольные блоки предварительной очистки.
Осаждение на поверхности нерастворимых солей и механических примесей, присутствующих в воде (плохая/недостаточная предфильтрация)
Недостаточный поток воды в дренаж или “экономия” дренажной воды.

Лучшее — враг хорошего?

Парадоксально, но способность практически полностью очищать воду от примесей может рассматриваться многими как недостаток. В минусы записывается и сам принцип фильтрации с использованием дренажной воды под эгидой подсаживания на “иглу эксплуатационных расходов”. Мы составили небольшой FAQ по этим и похожим вопросам.

1. “Мертвая” ли вода? (наше любимое)

Что имеют ввиду любители термина “мертвая” вода, нам до конца не ясно. С точки зрения официальной науки нет ни живой, ни мертвой воды. Практически каждая молекула Н2О на планете когда-то побывала и в капле дождя, и в продуктах жизнедеятельности какого-нибудь организма. Нет никаких сказочных свойств воды — существует ее круговорот в природе, а также отличный способ почистить мембраной водный раствор от всего наносного. Сказки предлагаем рассматривать лишь в качестве культурологического ресурса, ведь нашему организму требуется именно H2O, остальное делится на две группы:

опционально, поскольку поступает с пищей;
вредно для здоровья в краткосрочной или долгосрочной перспективе.

2. Дорого покупать и дорого содержать?

Пришлось провести серьезный расчет и выяснить, что 300 рублей за кубометр чистой воды — это примерно 30 копеек за литр. Предлагаем сопоставить со стоимостью литра питьевой воды в магазине, ведь её качество в пластике аналогично, если не хуже. В зависимости от пафосности торговой точки, цена литра той же осмотической воды составит от 15 рублей.

3. Почему обратноосмотическая вода — не дистиллят?

Вода для нас это не пища и не способ получения “кирпичей” для строительства организма. Это среда, в которой проходят химические и физические процессы организма. Причем сама она достаточно инертна и в этих процессах почти никогда не участвует. Мы ее не расщепляем на водород и кислород, в теле не проходит процесс электролиза.

Понимая эту роль воды, пить можно и дистиллированную воду, в которой нет “полезных минералов”. Имея сбалансированное питание, вы не получите никаких проблем.

Опасность дистиллированной воды в том, что она как раз может быть “грязной”. Выпаривание не избавляет воду от примесей органических веществ, температура кипения которых ниже 100С.

Между водой после обратноосмотической мембраны и дистиллированной водой огромная разница. Обратный осмос не полностью отсекает растворенные соли, при дистилляции же именно соли полностью остаются в перегонном кубе. С другой стороны органические летучие вещества в процессе дистилляции перемещаются с паром в дистиллят, в то время как мембрана их неплохо удаляет. Кроме того, раньше дистилляторы имели резиновые трубки, что добавляло “невкусности” полученной воде.

4. Почему обратноосмотическая вода — не электролит?

Электролит — это любая жидкость проводящая электрический ток. Например, суп или компот. То есть все жидкое, что проводит электрический ток за счет передвижения ионов.

5. Нужна ли мембране промывка?

Промывку мембраны действительно делают. Однако, это относится к промышленным мембранам. Для их промывки, в зависимости от того, какие именно частицы “налипли” на мембрану, используют целый арсенал специальных составов: щелочные, кислотные детергенты, ПАВы и так далее. В случае с промышленными мембранами, об этих частицах известно все и состав подбирается индивидуально.

Смотреть ролики в youtube о том, как мембраны варят в лимонной кислоте немного грустно, ведь на наших глазах люди тратят время зря — мембрана теряет свои свойства от высокой температуры.

Современная спортивная одежда уже немыслима без мембранных материалов. Эти технологии обеспечивают тот функционал, который необходим спортсменам самых разных видов спорта. Эта статья для тех, кому интересно, что же представляет из себя эта «начинка». Характеристики и физические механизмы (в том числе и их эффективность) свойств мембранных тканей двух категорий: микропористых и гидрофильных.

О Gore-Tex

В 1969 году Боб Гор открыл особый способ обработки политетрафторэтилена (тефлона), и это послужило отправной точкой применения полимеров в текстильной промышленности. Первая ткань под названием GORE-TEX появилась в 1978 году. В основе технологии лежит простой процесс – тефлон растягивается механическим путем до состояния микропористой мембраны, которую можно классифицировать как тянутую полукристаллическую пленку. Производится мембрана путем экструзии под давлением. Сырье вытягивается под температурой, немного меньшей температуры плавления, дальше от температуры стеклования, для предотвращения кристализации, часто в присутствии ароматических углеводородов, которые создают поры за счет образования микрокапель. Гидрофобные свойства тефлоновой мембраны означают, что жидкость отталкивается от пор, в то время, как водяной пар проходить сквозь них может. На фотографии видна структура мембраны в виде трехмерной полимерной сетки с порами.

Водонепроницаемые свойства мембраны Gore-Tex обуславливаются двумя факторами – гидрофобностью неполярных молекул политетрафторэтилена, за счет термодинамических энтропийных факторов отталкивающихся от полярных молекул воды, что позволяет отстранять воду от поверхности полимера, и высоким капиллярным давлением воды в порах, которое действует (как сила) наружу по причине несмачиваемости полимера водой (если бы он смачивался, вода бы сама лезла внутрь – по причине того же капиллярного давления). Выглядит заманчиво, надо сказать.
Вот что говорит производитель о водонепроницаемых свойствах мембраны:

«Мембрана GORE-TEX® гарантирует 100% водонепроницаемость. Она содержит около 1,4 миллиарда пор на 1 кв. см, но размер пор в 20 000 раз меньше капли воды. Это не позволяет воде при давлении не более 30 атмосфер (= 30 м водяного столба) пройти сквозь нее. Для сравнения: дождь в городских условиях создает давление 5-7 м водяного столба. »

Оценим капиллярное давление, которое создается в порах против давящего сверху столба воды. Примем довольно условное приближение, которое, однако, не противоречит сильно реальности – то, что пора представляет собой круглый в сечении капилляр с абсолютно несмачивающимися водой стенками. Вода образует в таком капилляре сферический выпуклый мениск (сферический – для того, чтобы упростить расчеты). В таком приближении оценить капиллярное давление позволяет уравнение Лапласа:
В данном уравнении ? – поверхностное натяжение воды, а r – радиус кривизны мениска. В нашем приближении (мениск сферический) радиус кривизны мениска равен радиусу самой поры. Поверхностное натяжение воды при температуре 20' C равно 72,7 мДж/м2.

Соответственно, капиллярное давление для пор радиусом 0,1225 микрон (из данных производителя о том, что размер пор мембраны в 700 раз превышает размер молекулы водяного пара, средний диаметр которой равен 3,5 ангстрёма (0,35 нанометра)) будет равно:
В итоге, только за счет капиллярного давления, мембрана выдерживает почти 12 метров водяного столба, и за счет гидрофобности полимерных участков этот показатель может быть несколько (на пол-атмосферы) увеличен. И это только минимум. При более низких температурах высота столба увеличится, так как поверхностное натяжение воды растет при уменьшении температуры. Однако, есть и отрицательные стороны у такого механизма задерживания воды.

Первым из таких казусов выступает тот физический факт, что если, в результате высокого давления столба мембрана напитана водой, то капиллярные явления не наблюдаются, за счет того, что искривленной поверхности раздела фаз (жидкость – воздух в порах), обеспечивающей избыточное давление, попросту не существует. Посему, вода сквозь мокрую мембрану попросту течет.

Избыточное давление может быть вызвано не только водой, но и любыми другими предметами. При давлении какого-либо мокрого предмета на мембрану она неизбежно намокнет через несколько минут (если у нее не заявлена водонепроницаемость выше 20000 мм, достигаемая отдельными способами). Если в куртке с Gore-Tex, например, лезть через мокрые заросли, посидеть на мокром бревне или стоять на коленях на мокрой траве. Тогда давление других предметов, как известно из школьной физики, обратно пропорциональное площади воздействия, попросту вжимает воду в поры, преодолевая капиллярные силы. Результат – мембрана намокает.

Нахождение вещи с мембраной непосредственно в воде тоже ничего хорошего не влечет за собой. Стоя в Gore-Tex штанах посреди ручья, следует быть готовым к тому, что давление воды со всех сторон преодолеет капиллярный барьер.

Поговорим теперь подробнее о гидрофобных свойствах мембраны и порах. Как всем известно, любые поверхностно-активные вещества (ПАВ) являются амфифильными молекулами, то есть имеют гидрофильные (взаимодействующие с водой) и гидрофобные (отталкивающиеся от воды) части. За счет этого они могут гидрофобными частями налипать на гидрофобную (жирную или несмачиваемую) поверхность, и торчать гидрофильными частями наружу. В результате – поверхность с налипшими молекулами ПАВ становится смачиваемой водой, и, кроме того, ПАВ снижает собственное поверхностное натяжение воды. Посему, если в капающей на тефлоновую мембрану воде будет содержаться ПАВ, оно с радостью смочит поверхность, и итог – никакого капиллярного давления или отталкивания, вода идет сквозь мембрану почти свободно. В роли молекул ПАВ могут выступать очень многие молекулы – от обычных спиртов (даже этилового) и до всех детергентов (моющих средств). Именно поэтому вещи, имеющие мембрану Gore-Tex, крайне не рекомендуют стирать с применением каких-либо моющих средств, за исключением жидкого мыла – единственное потому, что оно хорошо отмывается. Использование машинной стирки не рекомендуют также, поскольку оно может повредить мембрану необратимо – просто механически. Заявленная производителем износостойкость мембраны – 200 часов непрерывной машинной стирки.

Поры в Gore-Tex пропускают молекулы воды, но в них могут замечательно встраиваться другие соединения, тем самым намертво их забивая. Так, Gore-Tex не работает в грязной или соленой воде, при этом, если поры забиваются кусочком вещества, имеющего поверхностно-активные свойства, воду держать они не будут.

При низких (ниже -10 градусов) температурах политетрафторэтилен имеет тягу к кристаллизации, за счет чего мембрана приобретает жесткость (т.е. "дубеет"). Также ПТФЭ склонен к кристаллизации при растяжении, поэтому превращается в корку при сильных нагрузках.

Ну и наконец, при протыкании мембраны она перестает держать воду из-за появления макроотверстия – дыры от прокола, которое почти всегда внешне незаметно (ткань выглядит прекрасно). Но через него мембрана может насытиться водой и дать течь внутрь.

Паропроницаемые свойства мембраны определяются тем, что размер пор мембраны в 700 раз превышает размер молекулы водяного пара, поэтому испарения проникают сквозь мембрану и выводятся наружу. Перемещение пара происходит за счет разницы давлений с разных сторон мембраны в процессе диффузии.

Вот что говорит производитель о паропроницаемости мембраны:

Пропускная способность (вентиляция) - 1л водяного пара в час.
Для разных типов тканей, выпускаемых под маркой Gore-Tex, паропроницаемость разная, но она колеблется в диапазоне 12000 – 15000 грамм пара через квадратный метр поверхности в сутки:
• Gore-Tex® XCR™ Stretch 3L-2L
На 25% более «дышащий», чем обычный Gore-Tex®. Эта трехслойная ткань Gore-Tex® обеспечивает максимальный комфорт и свободу движений за счет эластичности во всех направлениях.
Водонепроницаемость: 50000 мм водяного столба
Паропроницаемость: 14000 г/м2/сут
Швы: 100% швов проклеено
Ткань: Viper (полиамид + лайкра), 100% эластичная
Конструкция: Трехслойная ламинированная мембрана

• Gore-Tex® XCR™ SNOW 2L
На 25% более «дышащий», чем обычный Gore-Tex®. Двухслойная ткань, ламинированная утеплителем Thermal. Оптимальное соотношение утепления и отвода влаги обеспечивает максимальный комфорт при катании на горных лыжах или сноуборде.
Водонепроницаемость: 40000 мм водяного столба
Паропроницаемость: 15000 г/м2/сут
Швы: 100% швов проклеено
Ткань: Garda (полиамид), двухслойная ламинированная мембрана

• Gore-Tex® 2L
Эта двухслойная ткань диагонального плетения очень мягкая, но прочная. «Дышащая» и водоотталкивающая, она обеспечит вам комфорт и сухость. Не препятствует испарению влаги с поверхности тела.
Водонепроницаемость: 40000 мм водяного столба
Паропроницаемость: 12000 г/м2/сут
Швы: 100% швов проклеено
Ткань: Calypso (полиэфир), двухслойная ламинированная мембрана

• Gore-Tex® calypso 2L
Двухслойная ткань диагонального плетения предельно эластична, но очень прочна. Эта водонепроницаемая «дышащая» ткань защитит вас от воды и ветра. Она не препятствует испарению влаги с поверхности тела.
Водонепроницаемость: 40000мм водяного столба
Паропроницаемость: 12000 г/м2/сутки
Швы: 100% швов проклеено.

Здесь можно заметить только то, что показатели паропроницаемости весьма высоки. Однако поры в мембране легко забиваются грязью и посторонними веществами, и она перестает дышать, кроме того, будучи заслонена вещами (рюкзаком на спине или предметами в карманах), она теряет паропроницаемые свойства.

Благодаря тонковолокнистой структуре мембраны, холодный воздух как бы запутывается в лабиринте микропор, образуя завихрения. С другой стороны, GORE-TEX сохраняет тепло внутри одежды, и таким образом создается комфортный микроклимат: пот испаряется, тепло остается. При этом воздух от тела свободно проходит через поры мембран, что обеспечивает вентиляцию.

При всех ее достоинствах ткани с мембраной Gore-Tex имеют ряд жалоб на свои свойства, которые следовало бы указать для полноты картины.

1. GoreTex дышит хуже плотнотканого хлопка (Tightly Woven Cotton)

2. GoreTex дорог

3. GoreTex имеет недолгий срок жизни по причине низкой устойчивости к стиркам и светопогоде.

4. Даже если GoreTex более ветронепроницаем, чем плотнотканый хлопок, ветронепроницаемость – не проблема и для многих других тканей.

5. GoreTex шумит, т.е. издает шуршание при трении ткани о себя.

О гидрофильных мембранах

Вторым типом мембран, которые используются при изготовлении одежды для экстрима, являются гидрофильные мембраны. Строго говоря, они не являются мембранами как таковыми (т.е. пленками), а являются очень тонкими (0,01 мм) слоями полимерной ткани с особыми свойствами.
К гидрофильным мембранам относятся мембраны, изготовленные по многим технологиям, самыми известными из которых являются Sympatex и Dermizax.

По составу материала гидрофильная мембрана представляет собой смесь полиэстер. Полиэстер (общее название различных производных полиэтилентерефталата (ПЭТФ)) в целом является гидрофобным и, как следствие, водоотталкивающим материалом. Пленка из полиэстера плотная и не имеет пор или отверстий, поэтому она непроницаема для водяного столба, и пропускает воду только при высоких давлениях. Однако, такая мембрана должна пропускать водяной пар изнутри. Поэтому в гидрофобную полиэстеровую матрицу с внутренней стороны интеркалированы гидрофильные зоны, устроенные наподобие ионных каналов. Это значит, что внутри гидрофильной зоны существуют свободные координационные связи, которые может насыщать диполь молекулы водяного пара. Гидрофильные зоны заполняются паром, возникшим в результате потоотделения, и затем просто диффундирущим через внешнюю сторону за счет появления градиента концентрации между объемами внутри и снаружи (градиент – вектор убывания).

Мембрана в данном случае пор не имеет, и поэтому у нее возникает множество преимуществ, которыми не обладает Gore-Tex. Так, мокрая одежда с гидрофильной мембраной будет пропускать капельно-жидкую воду так же, как и сухая, и результат пропускания будет зависеть только от того давления, которое приложено к мембране с наружной стороны.
Грязь и посторонние вещества на мембране не влияют на ее способности к дыханию, паропроницаемость и водонепроницаемость.

Благодаря тому, что на гидрофильной мембране нет пор, действие ПАВ на нее хоть и, безусловно, наблюдается, но практически не влияет на водонепроницаемые и паропроницаемые свойства (ПАВ не задерживается в порах), посему она легко выдерживает воздействие моющих средств и машинную стирку. Немаловажным ее свойством является также растяжимость почти на 300%. Поскольку полиэстер относится к аморфным полимерам, он не склонен к кристаллизации и при растяжении сохраняет вязкоэластические свойства. Отсутствие пор определяет и абсолютую ветронепроницаемость одежды.

Однако, у гидрофильных мембран есть и серьезный недостаток. За счет полной ее замкнутости через нее чрезвычайно затруднена диффузия молекул. Молекулы воды имеют, во-первых, облегчение диффузии за счет гидрофильных зон, а во-вторых, глобальный градиент концентрации пара, однако и этого недостаточно для конкуренции по паропроницаемости с Gore-Tex или полиуретановыми мембранами. Что уж говорить о молекулах газов, составляющих воздух, поэтому гидрофильные мембраны довольно плохо "дышат", в сравнении с Gore-Tex – 2500 г/м2 за сутки для Sympatex и 12000-16000 г/м2 сутки для Gore-Tex. Однако японский производитель Toray заявляет для своей гидрофильной мембраны Dermizax паропроницаемость в 10000 г/м2 за сутки (8000 г/ м2/ 24 часа по методу B-1), что уже может составить вполне достойную конкуренцию фторопластовым мембранам. Такое усиление паропроницаемости может быть получено за счет облегчения диффузии через внешний слой и облегчения накопления молекул воды в гидрофильных зонах.

Гидрофильные мембраны также проигрывают Gore-Tex в водонепроницаемости. В их случае предельная высота водяного столба определяется свойствами материала (10000 мм), в то время, как Gore-Tex устойчив к капельной воде за счет капиллярных сил, что легко подвергается модификации (при минимуме в 12000 мм и до 40000 мм). Но и здесь японский производитель Toray представляет иные данные – по его заявлениям, водонепроницаемость Dermizax достигает 20000 мм столба.

Далее приведены две совокупности данных. Сводная таблица свойств мембран, описанных во многих, в основном онлайн-источниках призвана дать краткое обобщение статьи. Эксперимент по изменению динамической паропроницаемости призван внести ясность в соотношения этой величины между разными типами мембран в разных условиях.

Камера по испытанию динамической паропроницаемости.

На обе стороны тестируемого образца материала направлены потоки воздуха с различной степенью относительной влажности. Путем сравнения конденсации водяных паров на выходах из камеры можно определить количество водяных испарений, прошедших сквозь образец. Результаты могут быть показаны как поток водяных паров (измеряемый в граммах на квадратный метр за промежуток времени) или как уровень сопротивления диффузии водяных паров (измеряемый в единицах s/m). Использование единиц сопротивления упрощает сравнение результатов, полученных в разных условиях окружающей среды. Чем ниже диффузионное сопротивление, тем больше паропроницаемость материала. Причина для проведения тестирования именно таким образом заключается в том, что некоторые материалы, такие как Gore-Tex, Sympatex и пр., обладают более высокими пароотводящими свойствами, находясь во влажной среде, чем в сухой. Другие материалы, такие как большая часть тканых материалов и микропоровых мембран, обладают почти постоянным диффузионным сопротивлением, вне зависимости от влажности окружающей среды.

Условия тестирования диффузии водяных паров.
Температура - 30°С.
Скорость потока газа – 2000 куб. см. в минуту.
Точки 1-5 на диаграммах определяются так:

eVENT

Основным принципом действия мембранной ткани eVENT является новая технология. Микропористые мембраны нуждаются в грязеотталкивающей пропитке для того, чтобы защищать мембрану от естественной жирности кожи, которая препятствует работе мембраны. Все их технологии используют полиуретановый грязеотталкивающий слой на одной из сторон мембраны. Это означает, что процесс движения испарений происходит в два медленных этапа. Сначала пар конденсируется в жидкость, затем проникает в мембрану и, далее, проходит через полиуретановый слой. В технологии eVENT вместо этого основа мембраны – ПТФЭ (политетрафторэтилен, тефлон) – химически изменяется для придания ему способности отталкивать жиросодержащие соединения: на него сажается молекулярное покрытие, защищающее каждое волокно в отдельности. Благодаря этому мембрана никогда не загрязняется, и ее поры всегда остаются открытыми. Миллионы микроскопических пор не дают воде проникать внутрь, при этом испарение влаги основывается не на медленном процессе диффузии, а на беспрепятственном выведении ее наружу напрямую, без конденсации внутри материала. По своей структуре мембрана представляет собой нитевидные молекулярные образования. Таким образом, абсолютно не требуется конденсации испарений для выхода на поверхность ткани.

Читайте также: