Кіріспе

Белгілі бір молекулалар немесе иондар диффузия арқылы өтуіне мүмкіндік беретін мембрана. Жартылай өткізгіш мембрана – белгілі бір молекулалар немесе иондар осмоз арқылы өтуіне мүмкіндік беретін биологиялық немесе синтетикалық полимерлік мембрананың түрі. Өту жылдамдығы екі жақтағы молекулалардың немесе ерітінділердің қысымына, концентрациясына және температурасына, сондай-ақ мембрананың әр ерітіндіге қатысты өткізгіштігіне байланысты. Мембрана мен ерітіндіге байланысты, өткізгіштік ерітіндінің мөлшеріне, ерігіштігіне, қасиеттеріне немесе химиялық құрамына байланысты болуы мүмкін. Мембрананың таңдамалы өткізгіштікке ие болу үшін құрылысы жылдамдық пен өткізгіштікті анықтайды. Көптеген табиғи және синтетикалық материалдар, қалың болса да, жартылай өткізгіш болып табылады. Мысалы, жұмыртқаның ішкі қабығындағы жұқа қабатты қарастыруға болады. Биологиялық мембраналар селективті өткізгіштікке ие, молекулалардың өтуі жеңілдетілген диффузия, пассивті немесе белсенді тасымалдау арқылы, мембранаға енген ақуыздармен реттеледі.

Фосфолипидтердің қос қабаты

Фосфолипидтік қос қабат – биологиялық жартылай өткізгіш мембрананың мысалы. Ол біркелкі орналасқан фосфолипидтердің екі параллель, бір-біріне қарама-қарсы қабаттарынан тұрады. Әрбір фосфолипид бір фосфат бас бөлігінен және екі май қышқылынан құралған. Фосфолипидтік қос қабат кішкентай, зарядталмаған молекулаларға ең көп өткізгіштікке ие. Ақуыздық каналдар фосфолипидтерге ендірілген немесе олардың арасынан өтеді, ал бұл модельдің жиынтығы сұйық мозаикалық модель деп аталады. Аквапориндер – суға өткізгіш ақуыздық каналдың тесіктері.

Ұялы байланыс

Ақпарат плазмалық мембрана арқылы сигналдық молекулалар жасуша мембранасындағы рецепторларға байланысқан кезде де өте алады. Сигналдық молекулалар рецепторларға байланысады, бұл осы ақуыздардың құрылымын өзгертеді. Ақуыз құрылымының өзгеруі сигналдық каскадты іске қосады.

Осмостық стресс

Липидтік қос қабат жартылай өткізгіш болғандықтан, ол осмостық қысымға ұшырайды. Жасушаның айналасындағы ерітінділердің концентрациясы артса немесе кемісе, осмостық қысым теңгерімді сақтау үшін жасушаға судың кіруіне немесе шығуына себеп болады. Бұл осмостық стресс жасушадағы судың белсенділігіне байланысты жасушалық функцияларды, мысалы, ДНК және ақуыз жүйелерінің жұмыс істеуін, сондай-ақ плазмалық мембрананың дұрыс құрастырылуын тежейді. Бұл осмостық соққыға және жасушаның өліміне алып келуі мүмкін. Осморегуляция – жасушалардың осмостық стресске қарсы тұру механизмі. Ол мембранадағы осмосенсорлық транспортерлерді қамтиды, олар K+ (калийдің оң зарядталған ионы, катион) және басқа молекулалардың мембрана арқылы өтуіне мүмкіндік береді. Басқа жасанды мембраналарға дәрі-дәрмектерді жеткізу, диализ және биоажырату процестері жатады.

Кері осмоз

Осмостық қысым айырмашылығының нәтижесінде іріктелген өткізгіш мембрана арқылы судың көп көлемді ағысы осмоз деп аталады. Бұл судың және басқа белгілі бір бөлшектердің ғана өтуіне мүмкіндік береді, ал тұз және басқа да ластаушы заттар сияқты еріген заттар қалдырылады. Кері осмоз процесінде суға жоғары қысым қолданылып, осы арқылы су жұқа пленкалық композиттік мембрана (TFC немесе TFM) арқылы итеріледі. Бұл жартылай өткізгіш мембраналар негізінен суды тазарту немесе тұзсыздандыру жүйелерінде қолдану үшін жасалады. Олар сондай-ақ батареялар және отын жасушалары сияқты химиялық қолданыстарда да қолданылады. Қысқасы, TFC материалы – екі немесе одан көп қабаттан тұратын материалдан пленка түрінде құрылған молекулалық сүзгі. Сидни Лоуб және Шриниваса Суриаджан алғашқы практикалық синтетикалық жартылай өткізгіш мембрананы ойлап тапқан. Кері осмозда қолданылатын мембраналар көбінесе полиамидтен жасалады, олардың суға жоғары өткізгіштігі және тұз иондары мен басқа да кіші молекулалар сияқты әртүрлі еріген заттарға салыстырмалы өткізбеу қабілетіне байланысты таңдалады.

Диализ түтігі

Диализ түтігі гемодиализде бүйрек жеткіліксіздігі кезінде қанды тазарту үшін қолданылады. Бұл түтіктер тазартылған қанды науқасқа қайтарудан бұрын, қальдықтарды жою үшін жартылай өткізгіш мембрананы пайдаланады. Жартылай өткізгіш мембрананың ерекшеліктері, мысалы, тесік өлшемі, алынып тасталатын молекулалардың жылдамдығы мен түрін өзгертеді. Бұрын целлюлозалық мембраналар қолданылып келді, бірақ олар пациенттерде қабыну тудыруы мүмкін. Одан кейін, жақсырақ биологиялық үйлесімділікке ие және қабыну реакциясын азайтатын синтетикалық мембраналар жасалды. Дегенмен, биологиялық үйлесімділігі жақсарғанмен, синтетикалық мембраналар өлім-жітімнің төмендеуімен байланысты емес.

Басқа түрлері

Жартылай өткізгіш мембраналардың басқа түрлері — катион алмастырғыш мембраналар (CEM), анион алмастырғыш мембраналар (AEM), сілтілі анион алмастырғыш мембраналар (AAEM) және протон алмастырғыш мембраналар (PEM).