Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Characterization of rheological properties of artificial mucus in the presence of selected nanoparticles

Karina Flasińska

Abstract

Nanoparticles, both of anthropogenic origin as well as those of natural origin, are commonly found in suspended dust getting into the airways in the process of breathing. When entering the body, they contact the mucus layer, which is the primary protective barrier against harmful substances. This paper focuses on investigating the effect of the depositing of selected nanostructures in the mucus layer. The theoretical part focused on determining the composition and function of mucus in the human body, characterized rheological properties of natural mucus and factors that may disturb its rheology. Then, various models of artificial mucus were reviewed and a model for further use in the studies was selected. The source of nanostructures in the atmosphere was also considered. The experimental part determined the effect of natural origin nanoparticles (Arizona desert dust particles) and anthropogenic origin nanoparticles (diesel exhaust particles obtained as a result of burning Verva ON diesel) on rheological properties of artificial mucus solutions with different mucin content (5% by weight, 10% by weight and 15% by weight) at two different temperatures (36.6°C and 40.0°C). The measurements were made using an oscillating rheometer. As a result, flow curves and graphs of apparent viscosity as a function of shear rate were obtained. In the case of 5% by weight solution and 10% by weight solution, as a result of the addition of both desert dust and diesel exhaust particles, a decrease in the viscosity of mucus was observed. In the case of 15% by weight solution, Arizona particles caused an increase in viscosity, while Verva particles caused its decline. The results obtained for the 15% by weight solution require further research to confirm and clarify this effect. Measurements performed at both temperatures gave very similar results, with the difference that the viscosities obtained at 40.0°C were lower than those at 36.6°C. However, in both cases, it can be concluded that the addition of nanostructures affects the rheological properties of the model mucus, which may lead to the disruption of the function of mucus layer.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Karina Flasińska (FCPE) Karina Flasińska,, Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Title in Polish
Charakterystyka właściwości reologicznych sztucznego śluzu w obecności wybranych nanocząstek
Supervisor
Agata Bożena Penconek (FCPE/CIPE) Agata Bożena Penconek,, Chair of Integrated Process Engineering (FCPE/CIPE)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Certifying unit
Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Affiliation unit
Chair of Integrated Process Engineering (FCPE/CIPE)
Study subject / specialization
, Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
04-02-2019
Issue date (year)
2019
Pages
41
Internal identifier
DICHP-2854
Reviewers
Agata Bożena Penconek (FCPE/CIPE) Agata Bożena Penconek,, Chair of Integrated Process Engineering (FCPE/CIPE)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE) Katarzyna Dąbkowska (FCPE/DBBE) Katarzyna Dąbkowska,, Department of Biotechnology and Bioprocess Engineering (FCPE/DBBE)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Keywords in Polish
sztuczny śluz oskrzelowy, reologia, nanocząstki
Keywords in English
artificial bronchial mucus, rheology, nanoparticles
Abstract in Polish
Nanocząstki, zarówno pochodzenia antropogenicznego, jak i te pochodzenia naturalnego, występują powszechnie w pyle zawieszonym dostającym się w głąb dróg oddechowych w procesie oddychania. Wnikając do organizmu kontaktują się z warstwą śluzu, stanowiącą pierwotną barierę ochronną przed działaniem substancji szkodliwych. W związku z tym, w niniejszej pracy skupiono się na zbadaniu efektu wywołanego deponowaniem się wybranych cząstek w strukturze śluzu. W części teoretycznej skupiono się na określeniu składu oraz funkcji jakie pełni śluz w organizmie człowieka, scharakteryzowano właściwości reologiczne naturalnego śluzu oraz czynniki, które mogą zaburzać jego reologię. Następnie dokonano przeglądu różnych modeli sztucznego śluzu oraz wybrano model do wykorzystania w dalszych badaniach. Zastanowiono się także nad możliwymi drogami wnikania nanocząstek do organizmu oraz źródłem występowania nanostruktur w atmosferze. W części doświadczalnej określono wpływ nanocząstek pochodzenia naturalnego (pył pustynny Arizona Dust) oraz pochodzenia antropogenicznego (agregaty sadzy pozyskane w wyniku spalania oleju napędowego Verva ON w silniku diesla) na właściwości reologiczne roztworów sztucznego śluzu o różnej zawartości mucyn (5% mas., 10% mas. oraz 15% mas.) w dwóch różnych temperaturach (36,6°C oraz 40,0°C). Pomiarów dokonano przy użyciu reometru oscylacyjnego w układzie płytka-płytka. W rezultacie otrzymano krzywe płynięcia oraz wykresy zależności lepkości pozornej w funkcji szybkości ścinania. W przypadku roztworów 5% mas. oraz 10% mas. wykazano spadek wartości lepkości śluzu w wyniku dodania zarówno pyłu pustynnego, jak i agregatów sadzy. W przypadku roztworu 15% mas. cząstki Arizona spowodowały wzrost lepkości, natomiast cząstki Verva jej spadek. Otrzymane wyniki dla roztworu 15% mas. wymagają dalszych badań w celu potwierdzenia i wyjaśnienia tego efektu. Pomiary wykonane w obydwu temperaturach dały bardzo podobne rezultaty, z tą różnicą, że otrzymane w 40,0°C wartości lepkości były niższe od tych w 36,6°C. W obydwu przypadkach można jednak wnioskować, że dodatek nanostruktur wpływa na właściwości reologiczne modelowego śluzu, co może prowadzić do zaburzenia funkcji tej wydzieliny.
File
  • File: 1
    Praca_Inżynierska_KF.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 26293
Additional fields
Opiekun pomocniczy: Urszula Michalczuk

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT4827f9f5419e4c409827493105366971/
URN
urn:pw-repo:WUT4827f9f5419e4c409827493105366971

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page