Разобрать группа по составу: Разбор слова по составу группа 🤓 [Есть ответ]

Содержание

Разделение участников на группы в вебинаре

Конечно же онлайн-формат обучения и коммуникаций отличается от очных семинаров и тренингов, не все инструменты, которые доступны в живом общении можно применять онлайн, но Webinar стремится создавать максимально эффективные инструменты для решения задач обучения. Представляем вам новую возможность – разделение участников мероприятия на группы для совместного выполнения заданий и решения кейсов. Групповая работа входит в модуль "Вовлечение", который также позволяет отслеживать активность участников на мероприятии.

Как разделить на группы?

При подключенной функции, только Администратор может разделить разом всех участников на группы, нажав соответствующую иконку в списке участников

В настройках групповой работы можно задать:

  • Количество групп, на которое будут поделены участники мероприятий – разделение будет проходить так, чтобы в каждой группе было равное количество участников, но не менее 2-х, если участников будет меньше, чем групп, какие-то из них останутся пустыми. Максимальное количество групп на вебинаре - не более 100.

  • Может ли участник сам выбирать группу, в которую он хочет присоединиться – если настройка активирована, то участники не делятся автоматически, а сами выбирают в какую группу присоединиться. Такая возможность особенно актуальна для онлайн-конференций, где можно создать отдельную комнату для вопросов/ответов от спикера.

  • Время на групповую работу – сейчас возврат в группу произойдет только по команде администратора, но участники будут видеть таймер
    Внимание! Продолжительность групповой работы не может быть меньше 5 минут

  • Задание для групп – что участники должны обсудить во время работы в группах, задание будет доступно для всех участников

Администратор может изменять задание и время на групповую работу. Для этого достаточно нажать на иконку разделения на группы еще раз.

Состав участников

Ведущие или администраторы в группы не попадают. Они остаются вне групп.

Ведущий может изменять состав групп руками. Это происходит через манипуляцию "Перетаскивание". Для этого нужно раскрыть состав участников группы, выбирать нужного человека, перетащить.
Сейчас новые участники, которые войдут в основное мероприятие после разделения, не будут распределены автоматически, это может сделать администратор обучения так же при помощи перетаскивания.

После перетаскивания участник получается уведомление, что его группа изменена, участники в группе также видят уведомление о присоединении нового члена команды.

После запуска групповой работы участник автоматически переходит в созданную сессию

Может выйти в эфир и общаться в чате. 

Важно! Чат при этом идет отдельный для каждой группы. Участники групп могут переписываться и не мешать работе других групп.

При смене задания, участники получают уведомление

Если отключено автоматическое распределение в группы

При такой настройке, после старта работы в группах, участники не будут автоматически распределены по группам. Для перехода им нужно открыть список участников, выбрать нужную группу и нажать на иконку "Присоединиться"

Участник может предварительно посмотреть кто еще находится в этой группе, кликнув на ее названии

Если в настройках вебинара отключить отображение списка участников, то будет отображаться только количество человек в группе, без возможности увидеть их имена.

В таком режиме участник может подключаться к группам, выходить из них и выбирать другие группы для участия.

Если выбрано автоматическое распределение, участники могут выйти из группы, но обратно зайти не могут, после выхода, для участия в группах, нужно будет повторное распределение администратором.

Что может ведущий и администратор

Ведущий может заходить в группы, выходить из них и подключаться со своей камерой и микрофоном.

Когда ведущий заходит в группу, участники получают сообщение о том, что ведущий вошёл в группу

Таймер и выход из группы

Группы не завершаются автоматически.

Участники видят таймер групповой работы в левом верхнем углу.

Ведущий видит таймер групповой работы над списком групп (14:43 - оставшееся время работы в группах):

Участники в эфире

Внутри группы может быть суммарно не более 8 одновременно вышедших в эфир участника, из них 4 могут подключиться с видео, остальные 4 только со звуком. Эта опция не зависит от тарифного плана.

Участники в группах не видят и не слышат то, что происходит в общем вебинаре.

Записи

Запись внутри групп не ведется. Запись общей вебинарной комнаты продолжается и после разделения на группы.

Участники с мобильных устройств на данный момент в групповых занятиях участвовать не могут.

Вызов ведущего в группу

Участники, находящиеся в группе могут вызвать ведущего. Кнопка вызова у участников отображается в окне с заданием

Для ведущего при этом будет отображено уведомление в окне вебинара, а также при просмотре списка групп/участников, где можно будет перейти в данную группу:

Для интерактивности на вебинаре можно воспользоваться виртуальной доской Miro. Посмотреть на её функционал и использование можно в такой инструкции

Демонстрация экрана в группах

Участники в группах могут демонстрировать экран своего компьютера, вкладку в браузере или окно любой запущенной программы, нажав на кнопку "Показ экрана" в левом нижнем углу:

Капитальный ремонт и модернизация насосного оборудования

МОДЕРНИЗАЦИЯ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 

АО «Нижневартовскремсервис» осуществляет модернизацию насосов типа ЦНС, составляющих значительную часть парка оборудования, установленного в блочных кустовых насосных станциях (БКНС) систем ППД на территории РФ и стран СНГ. Модернизация позволяет обеспечить повышение экономичности, снижение энергопотребления и значительное увеличение ресурса работы насосов. 

АУДИТ СИСТЕМ БКНС 

Для объективной оценки состояния систем БКНС предлагается комплексное решение - проведение аудита оборудования специалистами АО «Нижневартовскремсервис» с определением перечня мероприятий по его модернизации. Основные задачи энергоаудита: 

► Определение реальных режимов работы насосных агрегатов и их энергопотребление 

► Разработку мероприятий по снижению энергопотребления 

► Рекомендации по модернизации оборудования и его выводу в ремонт в зависимости от степени изменения рабочих характеристик 

► Увеличение межремонтного интервала насосов и приводных электродвигателей 

Реализация мероприятий на основании рекомендации, проведенного энергоаудита БКНС, позволяет снизить энергопотребление и повысить ресурс высоконапорных насосов. 

МЕРОПРИЯТИЯ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ НАСОСОВ 

► Вывод в ремонт насосов ЦНС при снижении КПД на 8-10% 

► Доведение показателей работы насосов ЦНС после капитального ремонта до характеристик, установленных изготовителем 

► Двукратное увеличение ресурса работы после капитального ремонта 

► Снижение энергопотребления насосов за счёт увеличения их КПД 

► Модернизация ЦНС 180 для обеспечения производительности от 45 до 240 м³/ч при максимальном КПД путём установки сменных про¬точных частей на параметры 45, 63, 90, 120, 180, 240 м³/ч 

► Модернизация ЦНС 500 для обеспечения подачи от 315 до 720 м³/ч при максимальном КПД путём установки сменных проточных частей на параметры 315, 500, 630, 720 м³/ч 

► Адаптация насосов под конкретные условия эксплуатации 

ЭТАПЫ МОДЕРНИЗАЦИИ 

• Проектирование и изготовление ремонтного комплекта из высоколегированных и высокопрочных материалов, повышающих коррозионную стойкость деталей и увеличивающих ресурс деталей 

• Ремонт с использованием полноразмерного ремонтного комплекта, включающего новую проточную часть (рабочие колёса, направляющие аппараты, уплотнительные кольца, вал) 

• Доработка проточной части рабочих колёс и направляющих аппаратов для изменения на¬пора
и подачи насосного агрегата 

• Реставрация приёмных и выкидных крышек с применением сварочной нержавеющей про¬волоки СВ06Х19Н9Т для получения коррозионностойких поверхностей 

• Увеличение надёжности насосов за счёт внедрения новых узлов: торцовых уплотнений по АРІ 682, пластинчатых муфт, датчиков осевого сдвига ротора 

• Проведение стендовых приёмо-сдаточных испытаний модернизированных насосов на пред¬приятии и натурных испытаний на объекте эксплуатации (БКНС) с представителем служб Заказчика

Персонал предприятия обучен в региональном центре обучения по программе ремонта
и сервисного обслуживания НПО, а также в учебных классах АО «НРС», АО «ГМС-Нефтемаш», ПАО «Насосэнергомаш», Apollo Goessnitz GmbH (Германия), АО «ТРЭМ Инжиниринг». 

Предприятие имеет сертификаты сервисных центров от заводов-производителей насосного оборудования, входящих в группу ГМС: 

АО «Сумский завод «Насосэнергомаш» (г. Сумы, Украина) 

АО «ГМС Ливгидромаш» 

АО «Ливнынасос» 

ОАО «Бобруйский машиностроительный завод» (г. Бобруйск, Республика Беларусь) 

АО «Казанькомпрессормаш» 

Apollo Goessnitz GmbH (г. Гесниц, Германия) 

АО «Димитровградхиммаш» 

как устроен симфонический оркестр / Новости города / Сайт Москвы

Постоянные посетители концертов в Мемориальном музее А.Н. Скрябина хорошо знают коллектив «Школа / Škola crew». Артисты всегда предваряют исполнение классических композиций небольшой лекцией — объясняют, как слушать то, что сейчас прозвучит.

Mos.ru продолжает серию материалов, в которых пианистка и участница «Школа / Škola crew» Александра Стефанова помогает разобраться в классике и во всем, что связано с ее исполнением.

Из каких инструментов состоит симфонический оркестр?

— Существуют четыре основные группы музыкальных инструментов (перечисляю их в порядке удаления от слушателя): струнные смычковые, деревянные духовые, медные духовые и ударные. (В составе струнных смычковых — скрипки, альты, виолончели, контрабасы. Деревянные духовые — это флейты, гобои, кларнеты, фаготы. Медные духовые — валторны, трубы, тромбоны, тубы. Ударные — барабаны, литавры, тарелки, треугольники — Прим. ред.).

Музыканты в оркестре всегда рассаживаются по одной схеме?

— Нет, существует две основные схемы рассадки: немецкая и американская. Идеальной нельзя назвать ни ту, ни другую, ее не существует и поэтому их часто комбинируют.

У немецкой (иногда ее называют бетховенской) схема такая: с левой стороны от дирижера находится группа первых скрипок, с правой — вторых. В середине — виолончели и альты.

В американской схеме группа первых скрипок сидит рядом с группой вторых, а дальше уже альты и виолончели (слева направо). 

В чем сложность выбора?

— Рассадка — головная боль всех дирижеров. Ведь именно им нужно разместить музыкантов так, чтобы всех было одинаково хорошо слышно. Но идеал так до сих пор и не найден. Например, струнные (виолончели, скрипки и альты) по сравнению с духовыми звучат гораздо тише.

Многие оркестры до сих пор не определились, какая схема рассадки лучше. Так что это остается личным делом дирижера.

В России используют обе схемы и их комбинации. Оркестр Владимира Спивакова придерживается немецкой рассадки, Оркестр московской филармонии — американской. С оркестром Большого театра все сложнее. Там оркестровая яма, все по-другому, места гораздо меньше.

Бывает, что типы рассадок комбинируют?

— Бывает. Государственный академический симфонический оркестр имени Е.Ф. Светланова сидит почти в американской. Группы  первых и вторых скрипок сидят рядом, но виолончели и альты — наоборот. Случается, что контрабасистов, например, пересаживают из одной стороны в другую. Дирижер, рассаживая музыкантов, думает прежде всего об акустике конкретного зала. 

Некоторые дирижеры идут по экстремальному пути. Они могут решить поменять рассадку за два часа  до концерта, если понимают, что так произведение будет звучать лучше. Для исполнителя это стресс, потому что он привык ориентироваться на знакомых соседей.

 

§16. Разбор глагола по составу

292. Прочитай. Какую картину рисует поэт в этих строчках? Какие глаголы употреблены в переносном значении? Спиши, допиши окончания глаголов.

Выпиши глагол роняет. В какой форме он стоит? Выдели окончание, которое указывает на эту форму, и основу. Теперь поставь этот глагол в неопределенную форму. Выдели глагольный суффикс пред –ть. Подбери однокоренные слова других частей речи. Выдели корень.


293. Определи по окончаниям и суффиксам, в какой форме стоят глаголы.

Подбери и запиши по одному слову к каждой схеме. Выдели окончания и суффиксы.


294. Что можно сказать о глаголах по этим схемам? В каких из этих глаголов есть орфограммы? Запиши по одному глаголу к каждой схеме.


295. Определи, какой из данных глаголов подходит к каждой схеме. Как ты будешь определять – посмотришь тогда на суффиксы и окончания или на корень? Почему? Запиши глаголы, разбери их по составу.


296. Определи, какой из данных глаголов подходит к каждой схеме. Разбери глаголы по составу.


297. Прочитай отрывок из стихотворения И.А.Бунина. как бы ты его озаглавил? Спиши, вставь пропущенные буквы, объясни орфограммы.

Разбери по составу глаголы, возле которых стоит цифра 2. Разбери один из глаголов как часть речи.


298. Выборочное списывание. Спиши только глаголы с безударными личными окончаниями. Обозначь орфограмму в окончаниях и –тся, -ться в глаголах.

Выпиши глаголы возле которых стоит цифра 2, разбери их по составу. Не забудь сначала написать, в какой форме стоит глагол.

Выпиши однокоренные слова, определи часть речи и разбери эти слова по составу. Объясни орфограммы.


299. Поставь данные в скобках глаголы в нужную форму и прочитай текст. Выпиши эти глаголы в той форме, в которой они должны стоять в тексте. Объясни орфограммы.

Выполни разбор по составу глаголов, возле которых стоит цифра 2.


300. Сочинение. Запиши глаголы, с помощью которых можно рассказать, что делают ребята в библиотеке. Напиши сочинение по этим опорным глаголам. Заглавие придумай самостоятельно. Глаголы, которые ты подобрал, нужно употребить в тексте в форме настоящего времени.


301. Прочитай. Что общего у глаголов каждой группы и чем они отличаются? Как называются эти глаголы? Устно составь предложения с глаголами одной из групп. Запиши глаголы в указанных формах и разбери все глаголы по составу.


302. Подбери и запиши к данным глаголам по одному - два синонима. Устно составь словосочетания с глаголами-синонимами. Разбери глаголы по составу.


303. Прочитай отрывок из рассказа В.Ю.Драгунского «Он живой и светится». Что чувствует Дениска? Какое настроение героя передает автор?

В этом тексте есть три группы однокоренных слов. Найди и выпиши эти слова группами, выдели корень, напиши, какие это части речи. Найди в тексте и выпиши глаголы – исключения. Укажи их спряжение и напиши эти глаголы в форме 2-го лица ед.ч. и 3-го лица мн.ч. разбери по составу глаголы, которые отмечены в тексте цифрой 2.


304. Сочинение. Напиши сочинение на тему «День моей мамы» (моего папы, бабушки, сестры…). Расскажи что обычно делает мама (или тот, о ком ты пишешь) утром, днем, вечером.

Подготовься к сочинению. Вспомни порядок подготовки, самостоятельно составь план. Используй глаголы в форме настоящего времени 3-го лица ед. и мн.числа., предложения с однородными членами (для усиления выразительности однородные члены можно соединить повторяющимся союзом и), предложения с прямой речью.


305. Спиши текст, поставь глаголы, данные в скобках, в форму 2-го лица мн.числа. у тебя получится отрывок из «Записок охотника» И.С.Тургенева. подчеркни орфограммы – буквы безударных гласных  в окончаниях глаголов.

Найди в тексте глаголы в неопределенной форме, выпиши их, выдели суффикс неопределенной формы. Найди в тексте глагол – исключение, запиши его в форме настоящего времени 2-го лица ед.числа и 3-го лица мн.ч. разбери как часть речи глаголы любите, можете. Разбери по составу глаголы выехать, дышишь, выходите.


306. Самодиктант.  Подбери и запиши 15-20 глаголов с изученными орфограммами (частица не, -тся и –ться; мягкий знак после букв шипящих в неопределенной форме и в форме 2-го лица ед.ч., буквы безударных гласных в личных окончаниях.)


307. Поработай над своей устной речью. Подготовь устный рассказ на тему «Что нового я узнал о глаголе в этом году». Составь и запиши план рассказа. Подбери примеры к каждому пункту плана.

Страница не найдена — РОСТОВСКИЙ ЦЕНТР ПОМОЩИ ДЕТЯМ № 7

Разноцветных разбор слова по составу

Прочитай заглавие текста предположи о ком будет идти речь Прочитай текст и проверь свои предположения Оцени поступки ребят​

ниписать сочинение-миниатюру<<Весна идёт!>>(у глаголов определите спряжение)пж очень надо​

Напишите номер предложения, в котором есть одушевлённые существительные. Точку не ставьте. Пример: 9
(1) Какие светлые, особенные ночи в феврале! (2)

В лесу легко замечаешь след санной дороги. (3) Далеко уходит узкая тропинка. (4) С неба струится белесоватый свет луны. (5) Искрится белая пороша, и на её синеющей снежной белизне отражается мерцание звёзд. (6) В такие ночи обычно охотники устраивают засады на волков, лисиц и зайцев.
(7) Вся снежная равнина и лесные поляны светятся, как один огромный, беззвучный зеркальный зал. (8) Очаровательны эти ночи!

Образуйте и запишите формы повелительного наклоненияединственного и множественного числа. Будьте внимательны: от некоторых глаголов нельзя образовать

эти формы!Быть, есть, бежать, везти, возить, резать, жарить, мочь, хотеть,видеть, плакать, шить, стричь, сдавать, читать, сдать,​

Какой стиль речи представлен в данном тексте?
(1) Какие светлые, особенные ночи в феврале! (2) В лесу легко замечаешь след санной дороги. (3) Далеко

уходит узкая тропинка. (4) С неба струится белесоватый свет луны. (5) Искрится белая пороша, и на её синеющей снежной белизне отражается мерцание звёзд. (6) В такие ночи обычно охотники устраивают засады на волков, лисиц и зайцев.
(7) Вся снежная равнина и лесные поляны светятся, как один огромный, беззвучный зеркальный зал. (8) Очаровательны эти ночи!
художественный
разговорный
официально-деловой
научный

Прочита.Узнай ли ты какой процесс путешествия воды описан

Помоготе пж Слово² прочитайте узнал ли ты какой процес путешестви воды описан и наречие пж

Какой тип речи представлен в данном тексте?
(1) Мягким сиянием месяц освещал кроны больших деревьев. (2) Испарения над рекой сгустились. (3) Высоко в

небе ровным белым светом сверкал Юпитер. (4) Вся природа грезила предрассветным сном. (5) Голубой сумрак еще окутывал землю, реку, но в воздухе и на небе чувствовалось приближение зари.
рассуждение
описание
повествование

Доила какое спряжение

помогите пожалуйста, мне скоро сдавать. ​

Морфологический разбор слова «разноцветный»

Часть речи: Прилагательное

РАЗНОЦВЕТНЫЙ — слово может быть как одушевленное так и неодушевленное, смотрите по предложению в котором оно используется.

Начальная форма слова: «РАЗНОЦВЕТНЫЙ»

СловоМорфологические признаки
РАЗНОЦВЕТНЫЙ
  1. Единственное число;
  2. Именительный падеж;
  3. Качественное прилагательное;
  4. Мужской род;
  5. Неодушевленное;
  6. Одушевленное;
РАЗНОЦВЕТНЫЙ
  1. Винительный падеж;
  2. Единственное число;
  3. Качественное прилагательное;
  4. Мужской род;
  5. Неодушевленное;
Все формы слова РАЗНОЦВЕТНЫЙ

РАЗНОЦВЕТНЫЙ, РАЗНОЦВЕТНОГО, РАЗНОЦВЕТНОМУ, РАЗНОЦВЕТНЫМ, РАЗНОЦВЕТНОМ, РАЗНОЦВЕТНАЯ, РАЗНОЦВЕТНОЙ, РАЗНОЦВЕТНУЮ, РАЗНОЦВЕТНОЮ, РАЗНОЦВЕТНОЕ, РАЗНОЦВЕТНЫЕ, РАЗНОЦВЕТНЫХ, РАЗНОЦВЕТНЫМИ, РАЗНОЦВЕТЕН, РАЗНОЦВЕТНА, РАЗНОЦВЕТНО, РАЗНОЦВЕТНЫ, РАЗНОЦВЕТНЕЕ, РАЗНОЦВЕТНЕЙ, ПОРАЗНОЦВЕТНЕЕ, ПОРАЗНОЦВЕТНЕЙ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШИЙ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШЕГО, РАЗНОЦВЕТНЕЙШЕМУ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШИМ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШЕМ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШАЯ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШЕЙ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШУЮ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШЕЮ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШЕЕ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШИЕ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШИХ, РАЗНОЦВЕТНЕЙШИМИ

Разбор слова по составу разноцветный

Основа словаразноцветн
Кореньразн
Соединительная гласнаяо
Кореньцвет
Суффиксн
Окончаниеый

Разобрать другие слова

Разбор слова в тексте или предложении

Если вы хотите разобрать слово «РАЗНОЦВЕТНЫЙ» в конкретном предложении или тексте, то лучше использовать

морфологический разбор текста.

Найти
синонимы к слову «разноцветный»

Примеры предложений со словом «разноцветный»



1

Страницы были поделены на мелкие разноцветные ячейки, в каждой из которых, как в баночках с краской, притаился разноцветный разврат.

Политолог, Александр Проханов, 2016г.



2

Часов до десяти или до одиннадцати он работал, клеил какой-то разноцветный китайский фонарик, заказанный ему в городе, за довольно хорошую плату.

Записки из мертвого дома, Федор Достоевский, 1860г.



3

Свет падал из окон второго этажа на разноцветный искусственный мрамор стен и арки и на белый настоящий мрамор самой лестницы.

Китай-город, Петр Дмитриевич Боборыкин, 1882г.



4

Ее голову покрывал разноцветный полосатый клафт.

Царица Хатасу, Вера Ивановна Крыжановская-Рочестер, 1894г.



5

Однажды, во время сильнейшего пыла его страсти к вещам, я подошел к его столу и разбил нечаянно пустой разноцветный флакончик.

Полное собрание сочинений. Том 2. Отрочество, Лев Толстой, 1854г.


Найти еще примеры предложений со словом РАЗНОЦВЕТНЫЙ

РАЗНОЦВЕТНЫЕ ЛИСТЬЯ

Растения в сером

Свойственные всем серым растениям восковой налет или волоски на листве и стеблях придают им разнообразные оттенки.

Ярким серебром сияют листья цинерарии приморской. Металлический блеск свойствен полыням. Шалфей лекарственный окрашен в благородный оливково-серый цвет. Листья овсеца альпийского и овсяницы сизой отдают голубизной. У очитка-скрипуна листья серо-зеленые, а у синеголовника покрыты серо-лиловым налетом.

Таинственное Зазеркалье создано на берегу пруда из груши иволистной, коровяка и маклеи.

Самые красивые серые многолетники для вашего цветника
  • Шалфей мускатный (Salvia sclarea). Яркий душистый двулетник с вознесенными соцветиями для заднего плана. Цветет с июня по сентябрь. Высота 80-100 см.

  • Солнцецвет (Helianthemum Henfild Brilliant). Красиво и обильно цветущий кустарничек с оливково-серой листвой и огненно-оранжевыми цветками. Цветет в мае- июне. Высота 15-20 см.

  • Овсяница сизая (Festuca glauca). Чем беднее почва, тем ярче проявляется сизый налет на листьях. Растение нуждается в стрижке, от которой разрастется в плотный ковер. Цветет в августе. Высота листьев 15 см, соцветий — 30 см.

  • Маклея (боккония) сердцевидная (Macleaya cordata). Выдающийся, но редкий многолетник с крупными лопастно-надрезанными листьями и золотистыми цветками в ажурных кистях. Быстро разрастается благодаря ползучему корневищу. Цветет с июля по сентябрь.

  • Очиток-скрипун, “заячья капуста” (Sedum telephium Herbstfreude). Компактные серо-зеленые растения внесут спокойные ноты в вашу композицию. Цветет в августе — октябре. Высота 50 см.

  • Чистец византийский, “заячьи ушки” (Stachys byzantina). Опушенные листья чистеца имеют серебристый блеск, особенно хорош он на переднем плане. Цветет в течение всего лета, соцветия желательно удалять. Высота 15-20 см.

  • Молочай миртолистный (Euforbia mirsinites). Отличается толстыми вальковатыми листьями. Подходит для каменных оград или бордюров. Цветет в апреле — мае. Высота 10 см.

  • Овсец альпийский (Helictotrichon sempervirens). Элегантные листья и колосья возносятся над низкими растениями. Цветет с июля по сентябрь. Длина листьев 30 см, высота соцветий 70 см.

  • Шалфей лекарственный «Горный сад» (Salvia officinalis). Этот великолепный сорт с серой листвой исполнит ведущие партии. Цветет в июне — июле. Высота 20-40 см.

Самые красивые серые однолетники для вашего цветника
  • Гацания (Gazanie Talent Silberblatt). Солнечные цветы этого сорта разыграют ошеломительный спектакль в сером саду. Цветет с июня по октябрь. Высота 15-20 см.

  • Шалфей мучнистый (Salvia farinacea Silber). Великолепный сорт, отличающийся выносливостью и неутомимым цветением с июня по октябрь. Высота 30-50 см.

  • Гелихризум итальянский (Helichrisum italicum). Его серые листья пахнут карри, а сам он разрастается большими пучками. Цветки надо состригать, они не декоративны. Высота 20-35 см.

  • Цинерария приморская (Senecio cineraria). Трудно найти другое растение с такой серебряной листвой. Есть сорта с тонко рассеченными листьями или компактные с мелкими листьями, подходящие в качестве оправы. Цветет недекоративно. Высота 15-20 см.

  • Мелиантус большой (Melianthus major). Многочисленные листья — серо-зеленые, восходящие. Цветки невзрачные. Скульптурное растение для заднего плана. Высота до 100 см.

  • Сушеница опушенная (Gnafalium obtusifolium). Как растение для балконов известна давно, но ее хорошо содержать и в саду. Длинные побеги закроют большие площади. Цветет недекоративно. Высота 10 см.

  • Проволочник (Calocephalus brownii). Своеобразное создание с вытянутыми «проволочными» побегами. Создает интересный контраст с крупнолистными растениями. Цветет недекоративно. Высота 15-25 см.

Формы простых листьев и их размеры

Листья простой формы состоят из одной листовой пластины, крепящейся на одном черешке. Имеют края цельные, либо рассеченные в виде зубчиков, выемок, зарубок (мелких или крупных, острых, затупленных, однородных или неоднородных). Наиболее простые формы имеют листья с цельными листовыми пластинами:

Линейная форма листа (Рис.4) наиболее характерна для травянистых растений семейства злаковых, осоковых, ситниковых, касатиковых. Лист такой формы длинный и узкий, жилкование, как правило, линейное, неразветвленное, продольное. Бывают формы более или менее широкие (широколинейные и узколинейные), чаще с цельными краями либо слегка ребристые или зубчатые.

Рис.4 Линейная форма листа. Рис.5. Ланцетная форма листа.

Ланцетная форма получила свое названия из-за схожести с хирургическим инструментом – предшественником скальпеля – ланцетом. Такой лист более короткий по сравнению с линейным, расширен к основанию и заужен к верху, жилкование ветвистое. Так же в зависимости от ширины относительно длины бывают широко-, узко – и продолговато-ланцетные, а формы, в которых сочетаются линейные и ланцетные черты, называют линейно-ланцетными. Ланцетные листья встречаются у разнообразных видов трав и деревьев (напр. облепиха, лох, ива, подмаренник и др.).

Округлые листья, как правило, имеют довольно ветвистое жилкование. Края их могут быть как цельными, так и зубчатыми, пильчатыми, волнистыми. Встречается у деревьев (ольха, осина) и травянистых растений (будра) (Рис.6). Округлая форма, вытянутая в длину, называется эллиптической (подорожник большой, смолевка и др.). Овальными при описании растений называют листья, имеющие форму, как на рис.7:

Рис.6. Округлая форма листа. Рис.7. Овальная форма листа.

Яйцевидная форма листьев является довольно распространенной в природе, как, например, у многих деревьев семейства розоцветных: айва, яблоня, вишня, ирга и др. Обычно яйцевидные листья расширены у основания и сужаются к верхушке, если же наоборот, то такую форму называют обратнояйцевидной (рис.8,9):

Рис.8. Яйцевидная форма листа. Рис.9. Обратнояйцевидная форма листа.

Когда округлые листья имеют выраженное углубление у черешка либо сверху и листовая пластина напоминает в контуре сердце, их соответственно называют сердцевидными и обратносердцевидными. Когда вырез более глубок и все края листовой пластины закруглены так, что она по форме напоминает почку, то не трудно догадаться, что их называют почковидными (рис.10):

Рис.10. Почковидная форма листа. Рис.11. Пальчатораздельная форма

листа.

Пальчатораздельная листовая пластина рассечена от края по направлению к черешку до половины, двух третей либо на три четверти и т.п. диаметра листа. Образующиеся таким образом раздельные выступы называют листовыми долями. Форму листовых долей описывают по принципам, упомянутым ранее, т.е. они могут быть ланцетными, линейными, копьевидными, заостренными или тупыми на концах, и т.д. Каждая листовая доля имеет собственную центральную, как правило, хорошо заметную жилку, которая разветвляется на более мелкие. Основные жилки лучеобразно расходятся от основания листа к его краям (рис.12). Кайма листовых долей так же, как и у цельных листьев, может быть гладкой, волнистой, зубчатой, пильчатой.

Пальчатолопастная форма листа схожа с пальчатораздельной, но листовые доли более широкие и их, соответственно, меньше по количеству. Если листовая пластина лучеобразно разделена на доли практически до самого основания, то такие листья называют пальчаторассеченными (рис.13).

Рис.12. Пальчатолопастная форма листа. Рис.13. Пальчаторассеченная

форма

Группа перистых форм листьев, в отличие от пальчатых, имеет только одну основную, самую крупную, жилку которая разветвляется на несколько порядков более мелких жилок в листовых долях и переходит в черешок, а очертания таких листьев напоминают перья птиц. Наиболее характерны такие формы перистых листьев: перистолопастный (рис.14), перистораздельный (рис.15) и лировидный (рис.16), который имеет широкую округлую пластину на верхушке и более узкие и мелкие по длине, постепенно уменьшающиеся к основанию.

Цветок с пестрыми листьями сциндапсус

SCINDAPSUS — не сложное для выращивания растение, имеющее листья с пятнами желтого или белого цвета. Его могут называть сциндапсус золотистый (Scindapsus aureus) и золотой потос (Pothos) в садовых центрах, а у ботаников принято название эпипремнум золотистый (Epipremnum aureus).

Сциндапсус, или эпипремнум золотистый (Scindapsus, или Epipremnum aureus), — лиана или ампельное растение; моховая палочка является идеальной опорой. Стебли могут достигать 2 м и более.

Температура: Умеренная — минимум 10-13°C в зимний период.

Свет: Хорошо освещенное место без солнечных лучей. Пестролистность исчезает при плохом освещении.

Полив: Поливайте обильно с весны до осени. Поливайте умеренно в зимний период. Влажность воздуха: Опрыскивайте листву часто.

Пересадка: Пересаживайте, если необходимо, весной.

Размножение: Стеблевыми черенками весной — используйте гормоны для укоренения. Держите в темноте, пока не укоренится.

Полузамерзший разбор по составу

ПОЛУЗАМЕРЗШИЙ: полу -корень, за-приставка, мерз – корень, ш – суффикс, ий – окончание.

Перезвоните мне пожалуйста по номеру 8(981)974-93-50 Антон.

Перезвоните мне пожалуйста 8 (931) 979-09-12 Евгений.

Перезвоните мне пожалуйста 8 (962) 685-78-93, для связи со мной нажмите цифру 2, Евгений.

Перезвоните мне пожалуйста 8(999) 529-09-18 Денис.

полу – корень(половина)
за – приставка
мерз – корень
ш – суффикс
ий – окончание

Полу- (корень) За-(приставка) Мёрз-(корень) Ш-(суффикс)

Другие вопросы из категории

пашак-
оживт-
аазлг-
камай-
кюаб-

Во-первых, пришлось на морозе прождать с полчаса. каток был завален снегом и снег убирали.Во-вторых, у кати сломался каблук.конёк пришлось прихватить ремешком.Но это было ещё полбеды.ремешок постоянно расстёгивался.Мы вернулись в раздевалку и отдали его сердитому слесарю, который с ужасным скрежетом точил коньки на грязном станке.
Какие здесь средства связи ?
1)местоимениея 2)повтор слова 3)синонимы 4)однокоренные слова 5)описательные обороты .

Читайте также

Разобрать слово разноцветные по составу.

Разберите слово «Спасибо» по составу.
Благодарю заранее))

(разбор по составу это значит выделить корень суффикс и.т.п

Вопрос по русскому языку:

Разобрать слово полузамерзший по составу

Ответы и объяснения 1

Полу – корень(половина)
за – приставка
мерз – корень
ш – суффикс
ий – окончание

Знаете ответ? Поделитесь им!
Как написать хороший ответ?

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

  • Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете правильный ответ;
  • Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не побуждал на дополнительные вопросы к нему;
  • Писать без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок.

Этого делать не стоит:

  • Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся уникальные и личные объяснения;
  • Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не знаю» и так далее;
  • Использовать мат – это неуважительно по отношению к пользователям;
  • Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.
Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Русский язык.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи – смело задавайте вопросы!

Русский язык — один из восточнославянских языков, национальный язык русского народа.

Приставка по, корень лузамёрзш, суффикса нет, окончание ий.

Разбор слова «полузамёрзший» по составу выполнен искусственным интеллектом и может содержать неточности.

разноцветных синонимов, разноцветных антонимов | Тезаурус Мерриам-Вебстера

Тезаурус

Синонимы и антонимы слова

multicolored

отмечены множеством обычно ярких цветов

  • экспонатов разноцветных керамических изделий из ее родной Мексики

Синонимы к слову разноцветный

  • хроматический,
  • цветная,
  • красочный,
  • калейдоскопический,
  • пестрая,
  • многоцветный,
  • полихроматический,
  • полихромия,
  • призматический,
  • радуга,
  • разноцветная,
  • разнообразный,
  • пестрый,
  • разные

слов, относящихся к разноцветному

Рядом с антонимами для разноцветный

Антонимы к разноцветные

См. Определение словаря

Как вырезать разноцветные рисунки в Cricut Design Space

Если вы когда-нибудь хотели вырезать разноцветные рисунки в Cricut Design Space, но не знаете, с чего начать, вы попали в нужное место! Многоцветные узоры очень милые, и создавать их очень весело.Сегодня я пошагово расскажу вам, как настроить многоцветный дизайн в Design Space. Если вы пользователь Silhouette, узнайте, как вырезать многоцветный дизайн с помощью этого руководства.

Начните с импорта SVG в Пространство дизайна и измените его размер до нужных размеров. Если вам нужна помощь в импорте SVG, следуйте этому руководству. В сегодняшнем примере я буду использовать этот файл Create your own Sunshine file. Вы можете бесплатно скачать файл здесь. Когда вы впервые импортируете свой дизайн в Пространство дизайна, все сгруппировано вместе.Для многоцветных дизайнов вам необходимо разгруппировать дизайн, чтобы вы могли работать с отдельными цветовыми группами. Вы разгруппируете, щелкнув дизайн, а затем выбрав значок разгруппировки справа (вы также можете щелкнуть правой кнопкой мыши и выбрать разгруппировать). После того, как вы разгруппировали файл, ваша панель справа должна выглядеть, как на изображении ниже. Все элементы одного цвета сгруппированы под одной стрелкой рядом с именем файла.

Время от времени вы будете встречать файл с элементами, которые не сгруппированы вместе. Каждый элемент будет находиться под собственной стрелкой и именем файла, как показано в примере ниже.Если файл, который вы используете, выглядит так, вам нужно сгруппировать все элементы одного цвета вместе. Вы можете сделать это, удерживая нажатой клавишу Shift, а затем щелкая каждый элемент мышью. Затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите группу. Итак, в этом примере, если вы группируете зеленые элементы, вы, удерживая нажатой клавишу Shift, нажимаете буквы YOUROWN, затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите группу. Повторите со всеми цветами.

Бывают случаи, когда вы хотите изменить цвета элементов в группе.Допустим, вы хотите, чтобы солнечные лучи оставались желтыми, но вы хотите, чтобы слово солнечный свет было коралловым. Щелкните любой элемент из желтой группы, щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Разгруппировать». Теперь вы можете перегруппировать элементы. Начни с солнечных лучей. Удерживая нажатой клавишу Shift, нажимайте на каждый солнечный луч. Затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите группу. Затем, удерживая нажатой клавишу Shift, щелкните слово солнечный свет и точку над буквой i. Щелкните правой кнопкой мыши и выберите группу. Чтобы изменить цвет слова «солнечный свет», щелкните слово, щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Прикрепить».Затем на правой панели дважды щелкните один из элементов, цвет которых вы хотите изменить. Цветовая рамка выдвинется, и вы сможете выбрать новый цвет.

Если вы сейчас отправите дизайн на резчик, программа расположит элементы на коврике вот так. Каждый цвет будет на отдельном коврике, но это изменит порядок и расположение отдельных элементов. Это действительно сбивает с толку и часто вызывает затруднения. К счастью, есть один простой шаг, который решит эту проблему.

Сначала исправим зеленую группу.Щелкните любой зеленый элемент, затем щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Присоединить». Щелчок по прикреплению удерживает ваши разрезы в одном и том же положении относительно каждого из них. Если вы не нажмете кнопку «Прикрепить», буквы и элементы будут перемещаться, когда вы отправите дизайн на вырез, как в примере выше. Далее переходите к желтому цвету. Выберите один из желтых элементов (например, солнечный луч), щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Присоединить». Повторите то же самое с бирюзовыми элементами. Поскольку здесь только один элемент серого цвета, его нельзя прикрепить. Нажмите зеленую кнопку Make It в правом верхнем углу.

* Если вы режете теплообменный винил, вам нужно перевернуть дизайн по горизонтали, прежде чем нажимать зеленую кнопку «Сделать».

Поскольку вы прикрепили дизайн, все элементы будут вырезаны в том же положении, что и на экране вашего дизайна.

Чтобы вырезать дизайн, убедитесь, что выбран мат 1. Нажмите «Продолжить». Возможно, вам потребуется выбрать свою машину в поле «Подключить машину». Убедитесь, что циферблат установлен на материал, который вы режете. Положите серый материал на коврик для резки, разгладьте его, чтобы не было складок и пузырей.Затем загрузите его в машину, нажимая кнопки со стрелками вверх и вниз. Как только кнопка C начнет мигать, нажмите ее, и машина начнет резку.

Когда ваш Cricut закончит резать серый материал, снова нажмите кнопку со стрелкой вверх / вниз, чтобы выгрузить коврик. Затем повторите описанные выше шаги с оставшимися 3 цветами.

Я надеюсь, что это руководство было полезным, и вы начнете использовать файлы SVG со своим резаком! Не забудьте закрепить этот пост, чтобы снова его найти!

Как редактировать картинки в Microsoft Word

Вы когда-нибудь хотели использовать клип-арт в своем документе, но не сделали этого, потому что он имел неправильные цвета или элемент, который вам не нравился? На самом деле можно редактировать графику из галереи картинок. Обратите внимание, что это работает только с рисунками, но не с фотографиями, и не со всеми из них. Вот как это сделать:

Разгруппировать графику

В правой части ИНСТРУМЕНТЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ> вкладка «ФОРМАТ» нажмите кнопку «ГРУППА» и выберите «РАЗГРУППА». Может появиться окно с предупреждением: «Это импортированный рисунок, а не группа. Вы хотите преобразовать его в объект чертежа Microsoft Office? » Щелкните ДА.

Иногда вам нужно разгруппировать дважды.

Изображение превращается в холст для рисования, в котором все элементы клип-арта разбиты на крошечные части. Чтобы увидеть это в действии, щелкните один раз внутри рамки, затем нажмите CTRL-A на клавиатуре, чтобы ВЫБРАТЬ ВСЕ . Теперь вы видите все ручки изменения размера для всех графических элементов. Кликните нестандартно — пока ничего не меняйте!

Изменить цвета

Найдите элемент, который нужно перекрасить. Щелкните по нему (может потребоваться несколько попыток, чтобы найти правильный, если есть много перекрывающихся элементов), и используйте ИНСТРУМЕНТЫ ЧЕРТЕЖА> ФОРМА ЗАПОЛНЕНИЯ , чтобы изменить цвет.

Удалить и добавить элементы

Щелкните любой элемент, который нужно удалить, и нажмите «Удалить» на клавиатуре.

Чтобы добавить элемент, используйте ВСТАВИТЬ ФОРМЫ , чтобы создать и разместить его на холсте для рисования.

Перегруппировать изображение

Чтобы закончить, щелкните в любом месте холста для рисования и снова ВЫБРАТЬ ВСЕ или CTRL-A. На ленте ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ РИСОВАНИЯ щелкните ГРУППА, а затем параметр ГРУППА.

Купить книгу

Чтобы получить полную коллекцию советов и рекомендаций по экономии времени, купите мою книгу Microsoft Word 2010 Tips & Tricks . Доступен в версиях eBook, iBook, Multi-Touch и в мягкой обложке.

Определение разноцветных цветов по Merriam-Webster

разноцветный

| \ Məl-tē-ˈkə-lərd

, -ˌTī- \

: более двух цветов : многоцветный смысл 1

Одним ударом осьминог скользнул по разноцветному камню и сразу принял его окраску — оттенки красного, коричневого и желтого.- Э. М. Свифт

Префикс Dis- Sight Words, чтение, письмо, правописание и рабочие листы

Префикс dis- не означает; делать противоположное.

Слово Определение
инвалидность состояние, ограничивающее возможности человека
отключить сделать недееспособным или неспособным
отключены неспособность выполнять
определенные умственные или физические задачи
недостаток состояние или условие, благоприятствующее кому-либо
невыгодное усложняет человеку или предмету
что-то сделать или добиться успеха
не согласен иметь разные идеи или мнения;
быть непохожими друг на друга, разными
неприятно не нравится; трудно ужиться с
несогласие не может согласиться;
отказ договориться; аргумент
исчезнуть не видно: вне поля зрения; прекратить существующие
исчезновение невидимость или невидимость
разочаровал неспособность удовлетворить надежду или ожидание
разочарование несчастье от неспособности
удовлетворить надежду или ожидание
неодобрение не согласен с кем-то или с чем-то
не одобряю Не любить или не соглашаться с кем-то или с чем-то
снять с охраны обезвредить
беспорядок запутанное или беспорядочное состояние
разобрать разобрать
расформировать расстаться и перестать быть группой
недоверие отказ, не верю
не верю не думать, чтобы быть правдой или реальностью
выбросить что-то выброшенное или отклоненное
разряд разрешить выйти или выйти; к выпуску
отказ от ответственности, чтобы отрицать участие или ответственность за
раскрыть сообщить: revel
раскрытие акт объявления об этом, откровение
обесцвечивание для изменения цвета обычно в худшую сторону
изменение цвета изменение цвета
дискомфорт не комфортно
смущение, чтобы сбить с толку и расстроить
разъединитель, чтобы отменить или разорвать соединение
недовольство не удовлетворен
снятие с производства до конца: стоп
раздор отсутствие согласия или согласия: конфликт
дискордантный несогласие
скидка сумма, снятая с обычной цены;
считать неважным
препятствовать уговаривать чего-то не делать;
сделать менее решительным, обнадеживающим или уверенным
невежливые невежливо: грубо
невежливость грубое поведение
открыть, чтобы узнать, увидеть или научиться впервые
открытие узнает или учится впервые
дискредитировать, чтобы казаться нечестным или неправдивым:
потеря репутации или уважения
дискриминировать несправедливо относиться к человеку или группе
иначе, чем к другим
дискриминация несправедливое обращение с человеком или группой
иначе, чем с другими
высадка покинуть или снять с корабля или самолета
выключить освободить, отсоединить или стать свободным
распутать ч
неприязнь неодобрение, не нравится
обезобразить портить внешний вид; деформировать
обезображивание то, что портит внешний вид
человека или предмет
позор позорить
позорное приносит или заслуживает позора
недовольные ворчливый, сердитый, раздраженный или обиженный
маскировка, чтобы изменить внешний вид или звук
, чтобы его не узнали
отвращение сильное чувство неприязни
разочаровывать обескуражить
нечестные нечестный или не заслуживающий доверия
нечестность лгут, недостает честности
бесчестье позор: позор
бесчестие позорное
разочарование, чтобы перестать ошибочно полагать
, что что-то хорошее, ценное или истинное
дезинфекция для очистки от микробов, вызывающих болезни
дезинфицирующее средство то, что убивает микробы
лишить наследства, чтобы лишить законного права на получение
денег или имущества в случае смерти
распадаться для разделения или разбивки на более мелкие части
распад процесс разбиения на более мелкие части
незаинтересованные не интересует
разобщенное непонятно и упорядоченно
не нравится не нравиться или не одобряться; враждебность
вывих для смещения кости из нормального соединения
с другой костью
вывих условие перемещения из обычного места
вытеснение вытеснить из места отдыха или укрытия
нелояльный не поддерживает или не соответствует действительности
неверность Отсутствие верности или поддержки
демонтаж, чтобы полностью разобрать
спешиться спуститься с чего-то
неповиновение неспособность или отказ вести себя так, как ему сказали или чему научили
непослушный ведет себя не так, как ему говорят или учат
не подчиняться Отказаться или не вести себя так, как ему сказали или научили
беспорядок нарушать нормальную или обычную структуру
беспорядочно ведет себя плохо и плохо
дезорганизация отсутствие заказа
неорганизованный без заказа
отказаться отказаться от принятия каких-либо более
отношений или связи с
бесстрастный не находится под влиянием сильных чувств
или личного участия
отправка быстро отослать
уныло не веселый или не полон энтузиазма
смещение удалить с обычного или подходящего места
недовольство чувствовать себя несчастным или неудовлетворенным
неудовольствие чувство неприязни
диспропорция заметная разница в размере, количестве или количестве
предмета по сравнению с другим
опровергнуть показать ложь или ложь
дисквалифицировать сделать или объявить непригодным для участия, участия или участия в
беспокойство вызывать беспокойство или беспокойство
без учета не обращать внимания на
аварийное состояние условие, требующее исправления
с сомнительной репутацией не респектабельно или честно
неуважение Отсутствие уважения
недовольство Чувство несчастья или неодобрения
неудовлетворительно не дать того, что заслужено или ожидается
медвежья услуга вредное несправедливое или несправедливое действие
разнородные не похожи, разные
отвращение не нравится
неприятно неприятное
недоверие отсутствие веры или доверия; сомнение
неиспользованные отсутствие использования

Кофилин сотрудничает с fasin для разборки филоподиальных актиновых филаментов | Журнал клеточной науки

Предыдущие исследования in vivo на клетках B16-F1 и MTLn3 показали, что кофилин легко связывается со всем ламеллиподиумом (Lai et al. , 2008), и он, вероятно, модулирует архитектуру ламеллиподий и беговую дорожку за счет отделения и деполимеризации старых актиновых филаментов (Svitkina and Borisy, 1999; Iwasa and Mullins, 2007; Bugyi and Carlier, 2010). Др. Модель предлагает кооперацию индуцируемой cofilin генерации зазубренных концов и нуклеации, опосредованной Arp2 / 3-комплексом, чтобы управлять сборкой ламеллиподиального актина (Oser and Condeelis, 2009). Независимо от точного молекулярного механизма, исследования локализации и функциональной интерференции обычно предполагают положительную регуляторную функцию кофилина в управлении протрузией ламеллиподиума и взъерошивании мембран (Mouneimne et al., 2004; Хотулайнен и др., 2005; Иваса и Маллинз, 2007; Lai et al., 2008).

Вдохновленные нашими наблюдениями in vitro, мы решили повторно исследовать локализацию и динамику кофилина в мигрирующих клетках меланомы и фибробластах. Поликлональные антитела использовали для определения субклеточной локализации эндогенного кофилина в клетках B16-F1 с помощью непрямой иммунофлуоресценции. В соответствии с предыдущими данными, было обнаружено, что кофилин накапливается в ламеллиподиальной актиновой сети мигрирующих клеток, что указывает на специфичность антитела (рис.4А). Примечательно, однако, что было обнаружено, что кофилин также заметно обогащен на концах некоторых филоподий, в то время как он явно отсутствовал на других (Рис. 4A). Локализация эндогенного cofilin на концах филоподий была также подтверждена в фиксированных T10 1/2 фибробластах (Fig. 4B), подтверждая, что cofilin может влиять на динамику филоподий в разных типах клеток. Чтобы более подробно изучить загадочное открытие, что кофилин накапливается только в субпопуляции филоподий, мы повторно исследовали динамику флуоресцентно меченного кофилина в клетках меланомы мышей B16-F1.Интересно, что мы обнаружили, что mCherry-cofilin был слабо связан с основанием выступающих филоподий (рис. 5A), что согласуется с предложенными моделями, в которых образование филоподия регулируется сборкой актина белками комплекса filopodium tip (FTP) и разборка с помощью cofilin в задней части (Mattila, Lappalainen, 2008; Faix et al., 2009; Hotulainen and Hoogenraad, 2010). Однако mCherry-cofilin значительно изменил характер своей локализации после прекращения протрузии филоподий, теперь более заметно локализуясь вдоль всего стержня и / или массово накапливаясь на кончике филоподий (рис.5А; дополнительный материал Movie 9). Наиболее примечательно, что локализация кофилина на кончике филоподий обнаруживается исключительно в втягивающихся филоподиях, тогда как кончики выступающих филоподий практически лишены кофилина (Fig. 5B). Идентичные результаты были получены при использовании ранее использовавшегося кофилина с EGFP-меткой (данные не показаны) (Lai et al., 2008). Поскольку наши результаты in vitro показали функциональное взаимодействие между кофилином и фасцином, хорошо зарекомендовавшим себя филоподиальным регулятором, мы также сравнили динамику обоих белков in vivo.Для этого мы коэкспрессировали EGFP-tagged fascin и mCherry-cofilin, чтобы проанализировать их относительную динамику в выступающих и втягивающихся филоподиях. Как и ожидалось, фасцин был сильно обогащен на всем стержне выступающих филоподий, тогда как кофилин был, в лучшем случае, слабо связан с задней частью этих филоподий (Рис. 6; дополнительный материал Movie 10). Однако после прекращения протрузии кофилин и фасцин на короткое время колокализируются в стволе, после чего следует снижение фасцина и общее увеличение интенсивности кофилина, что часто приводит к сильному накоплению последнего при втягивании кончиков филоподий (рис.6; дополнительный материал Movie 11). Эти данные согласуются с отсутствием кофилина в свежеполимеризованных зазубренных концах филаментов, связанных с фасцином in vitro (дополнительный материал, фильм 8), и идентифицируют кофилин как потенциальный решающий фактор в разборке актиновых филаментов, вызывая ретракцию пучков филоподий in vivo. В соответствии с этой точкой зрения, сравнение динамики актина (mCherry) и кофилина (EGFP) в одних и тех же клетках показало, что накопление кофилина в филоподиях после прекращения протрузии и / или ретракции напрямую коррелирует со снижением интенсивности актина, как и ожидалось, если бы кофилин был участвуют в разборке актиновых филаментов на этих участках (рис.7; дополнительный материал Movie 12). Чтобы изучить это напрямую, мы использовали коррелированную визуализацию живых клеток и электронную томографию для анализа структуры филоподий, захваченных фиксацией в различных фазах выпячивания или удаления. Часто филоподии и микроспайки в клетках меланомы B16-F1, помеченные EGFP-fascin, совершают трансляционные и складывающиеся движения, включая фрагментацию и вход в ламеллу, как описано ранее (Nemethova et al., 2008: дополнительный материал, фильм 13). Кроме того, однако, филоподии, меченные кофилином, демонстрировали характерные втягивающие и изгибающие движения (рис.8А). Электронная томография выявила корреляцию метки кофилина с заметной фрагментацией актиновых филаментов внутри стержня филоподии, включая область кончика (рис. 8C, D). Напротив, соседние филоподии в фазах выпячивания, которые обычно лишены метки cofilin, обнаруживают интактные филаменты, расположенные параллельно от основания до кончика (Fig. 8B).

Как настроить внешний вид контроллеров Joy-Con Nintendo Switch

Если вы когда-нибудь хотели, чтобы ваши контроллеры Nintendo Switch Joy-Con имели немного больше цвета, у вас есть два варианта: купить новый набор за 80 долларов, выбрать из очень ограниченного набора цветовых вариантов, которые делает Nintendo, или настроить те, которые у вас уже есть.

Я не говорю о том, чтобы просто наклеить несколько наклеек.

Несколько производителей продают футляры для замены контроллеров Joy-Con, и поиск на Amazon покажет вам, насколько они разнообразны. Бывают модели с матовой текстурой, как у Nintendo, или с глянцевым покрытием. Есть корпуса пастельных тонов, а также полупрозрачные варианты, если вы испытываете ностальгию по прозрачным Nintendo 64 и Game Boy Color. И вы даже можете найти футляры, которые включают подходящую замену направленной панели для левого Joy-Con (что делает его похожим на тот, который используется в Nintendo Switch Lite).

Большим плюсом этого проекта является то, что ваши Joy-Cons будут выделяться из толпы вариантов цвета по умолчанию, и вы можете получить несколько наборов ярких оболочек Joy-Con по гораздо меньшей цене, чем стоимость набора новых контроллеров Switch. .

Но есть и недостатки. Вы (вероятно) аннулируете гарантию своих контроллеров, когда откроете их для пересадки частей. Хотя вам не нужно отрывать гарантийные наклейки, чтобы попасть внутрь Joy-Con, если вам когда-нибудь понадобится починить одну из них, Nintendo, вероятно, сможет выяснить, что вы возились внутри.

Кроме того, этот проект не так прост, как вы думаете. К счастью, вам не придется паять, но внутри каждого Joy-Con есть множество винтов, ленточных кабелей и других очень мелких деталей, которые вам нужно будет аккуратно отсоединить, а затем снова прикрепить.

Начните этот процесс с левого контроллера Joy-Con — он имеет более удобную компоновку, чем правый контроллер

Прежде чем мы начнем, две вещи. Во-первых, если вы меняете корпуса обоих контроллеров Joy-Con, начните с левого контроллера.С ним гораздо проще работать, чем с правильным, и он послужит вводным курсом к работе с внутренними компонентами Joy-Con. Правый контроллер содержит больше деталей, и они более замысловато организованы, что усложняет задачу, если вы еще не знакомы с общей компоновкой.

Во-вторых, как вы скоро узнаете, я не профессионал в разборке вещей. Возможно, вы сможете сделать это быстрее, элегантнее и, возможно, более организованно. Но я позволил своему блаженству и любопытству руководить мной, и это привело меня к нескольким красочным Joy-Cons, которые отлично работают. Это может сработать и для вас, если у вас есть подходящие инструменты и много терпения.

Итак, приступим.

Для некоторых это может быть непростой шаг. В Amazon есть множество цветов на выбор, и вы можете смешивать и сочетать их по своему вкусу. Дайте волю своему воображению. Я купил набор полупрозрачных угольных панелей Joy-Con с цветными кнопками на лицевой стороне в стиле Super Famicom. Я также купил набор матовых раковин из барвинка, потому что этот цвет очень мало представлен в игровых аксессуарах, и это также один из моих любимых цветов.Каждый набор стоит около 20 долларов.

Вы можете проявить творческий подход, используя уже имеющиеся у вас оболочки Joy-Con. Допустим, у вас есть пара серых Joy-Con и пара неоновых синих и красных. Вы можете поменять местами эти цвета для получения уникального вида, не тратя деньги на новые раковины.

В наборе инструментов Pro Tech

iFixit гораздо больше инструментов, чем вам понадобится для этого проекта, включая все, что вам понадобится для работы с Joy-Con. Этот комплект стоит 59,99 доллара, и если вы любите регулярно заниматься подобными проектами, он того стоит.

Если вы хотите заказать блюда по меню, вот что я использовал для этого проекта:

  • Отмычки (чтобы открыть Joy-Con)
  • Spudger (для аккуратного отсоединения и повторного прикрепления компонентов)
  • Отвертка с двумя битами. Во-первых, JIS-бит типа J00 для использования внутри Joy-Con — он похож на головку Phillips, но отличается тонкими и важными особенностями. Во-вторых, трехточечная насадка типа Y00 для винтов, скрепляющих Joy-Con.
  • Откройте Joy-Con с помощью отвертки типа Y00 и аккуратно храните винты.
  • Откройте Joy-Con с помощью отмычки или тонкой карты, аккуратно разделив две стороны по закругленному краю, чтобы не тянуть за ленточные кабели, удерживающие их вместе.
  • Осторожно подденьте аккумулятор лопаткой. (Вы можете видеть, что я использую металлический, но пластик был бы даже безопаснее: вы не хотите случайно проткнуть элемент.) Батарея прикреплена к черной средней пластиковой секции с помощью клея, но это не так. потребуется много усилий, чтобы поднять его.Только делайте это осторожно, чтобы не погнуть аккумулятор. По мере продолжения старайтесь не допускать попадания пыли на клей, чтобы он сохранял некоторую липкость при повторной установке батареи позже.
  • (Примечание по работе с клеем: аккумулятор и несколько других жизненно важных компонентов, с которыми вы столкнетесь во время этой операции, закреплены клеем. Это не особо прочный клей, просто небольшая липкая полоска, нанесенная на определенные части. Не нужно беспокоиться о беспорядке, и если вы будете осторожны при удалении приклеенных компонентов, у вас не должно возникнуть проблем с прилипанием клея, когда он помещается в новый футляр.)
  • Вынув аккумулятор, открутите черную пластиковую крышку, которая удерживается двумя винтами типа J00. Аккуратно храните их, затем снимите пластик, чтобы открыть основную плату.
  • Вы можете немного упростить следующие несколько шагов, отсоединив заднюю часть корпуса. Используйте металлическую лопатку, чтобы поднять маленькие переключатели, которые крепят два ленточных кабеля, ведущих к направляющей Joy-Con (на картинке выше я держу ее в пальцах).Когда переключатели подняты, вы можете осторожно вытащить кабели.
  • Если вы хотите поменять местами кнопки SL и SR на Joy-Con, отвинтите доску, закрывающую направляющую Joy-Con, чтобы открыть их и кнопку синхронизации. Если ваши сменные корпуса поставлялись с новыми кнопками, вы можете вставить их сейчас, стараясь случайно не вставить кнопку SL в слот SR. Также убедитесь, что резиновая мембрана, закрывающая кнопку синхронизации, правильно сидит, прежде чем снова прикручивать небольшую плату к направляющей.
  • Пока вы на этом этапе, поднимите переключатель, удерживающий ленточный кабель, ведущий к кнопке ZL (закреплен на черной пластиковой детали в верхней части изображения выше), затем осторожно потяните его. Отсутствие этого на вашем пути сделает остальную часть процесса немного проще.
  • Удалите два последних винта типа J00, которыми зеленая плата крепится к корпусу Joy-Con (если вы еще этого не сделали), и проследите за этими винтами.Отсоедините кнопку L, кнопку «минус» и соответствующие схемы, которые удерживаются винтами типа J00 от Joy-Con. Будьте особенно осторожны при извлечении кнопки L из корпуса, так как ее пружина может легко вылететь.
  • Вы можете оставить эти ленточные кабели прикрепленными к основной плате, что упростит жизнь, если вы поместите компоненты в новый корпус Joy-Con.
  • Мы приближаемся к концу для левого Joy-Con, но некоторые из самых сложных шагов еще впереди.Открутите два винта типа J00 аналогового джойстика, затем осторожно вытяните стержень, обращая внимание на небольшую пластиковую прокладку (видно на рисунке ниже), которая находится между корпусом джойстика и корпусом Joy-Con. Вам нужно будет пересадить эту прокладку в новый корпус, так что будьте очень осторожны.
  • Это может помочь: в прокладке умышленно сломана прокладка, которую вы можете приподнять, чтобы освободить место для ручки. Но если вы перемещаете все компоненты в новый корпус Joy-Con, вам следует полностью удалить прокладку вместе с ручкой.Чтобы сделать это, не разрывая его, осторожно приподнимите прокладку в том месте, где она прикреплена к корпусу с помощью клея, затем храните ее в надежном месте, пока не будете готовы вставить ее в новый корпус. Только не забудьте повторно нанести прокладку, потому что ее задача — не допускать попадания пыли и другой грязи в Joy-Con.
  • Наконец, вы можете удалить все основные компоненты из корпуса Joy-Con, включая грохочущий двигатель HD, который закреплен с помощью клея. Поздравляю, вы так далеко зашли!
  • Вы можете видеть мембраны, покрывающие каждую из кнопок, включая кнопку «минус», четыре лицевых кнопки и кнопку снимка экрана.Идите вперед и снимите их, чтобы открыть пластиковые кнопки под ними, но обязательно установите их точно так же, как когда вы их снимали. Вы также можете удалить кнопку L, но, опять же, внимательно следите за ее пружиной. В наших запасных футлярах не было пружин, поэтому вы окажетесь в трудном положении, если их потеряете.
  • Теперь вы можете поменять кнопки местами и вставить их в новый футляр. К счастью, фиксаторы кнопок имеют такие выемки, что работают только в одном направлении, хотя убедитесь, что у вас есть правильная кнопка в каждом слоте.Легко потерять ориентацию, непреднамеренно поместив кнопку A в гнездо для кнопки B, поэтому проверьте свою работу еще раз, или вам, возможно, придется полностью разобрать Joy-Con, чтобы повторить этот шаг.
  • И последнее замечание: если вы собираетесь отключить средний черный пластиковый элемент, к которому прикреплена кнопка ZR, вам необходимо снять кнопку и ее схему, которая удерживается винтом. Отключить кнопку непросто, поскольку она защелкивается в пластмассовом приспособлении. Мне посчастливилось аккуратно поддеть ее металлической лопаткой, но имейте в виду, что прямо под кнопкой есть пружины, поэтому держите ее рукой, когда снимаете ее, и внимательно за ними следите.

Наконец, соберите Joy-Con, выполнив указанные выше действия в обратном порядке. Один не работает, еще один остается.

(Примечание: как я уже упоминал ранее, я настоятельно рекомендую начать с левого Joy-Con, так как в нем меньше компонентов, которые нужно перемещать. Но если вы чувствуете, что готовы к правильному Joy-Con, давайте приступим.)

  • После удаления четырех винтов типа Y00, удерживающих корпус вместе, сдвиньте открывающую планку по краям Joy-Con, чтобы открыть его.
  • Передняя и задняя часть Joy-Con прикреплены к плоской направляющей с помощью хрупких ленточных кабелей, как показано вверху, поэтому осторожно откройте его сбоку с закругленными углами.
  • Самым очевидным местом для начала является снятие аккумуляторной батареи и грохочущего двигателя HD. Они оба удерживаются клеем, и вы можете легко поднять их с мест отдыха с помощью металлической лопатки.При желании вы можете полностью отсоединить их, осторожно вынув вилки из платы.
  • Вот первая часть, с которой вы столкнетесь и которая уникальна для правильного Joy-Con: антенна. Вам нужно будет осторожно поднять его и вытащить из пластикового корпуса, в котором он лежит, отмечая, как он должен возвращаться обратно. Вам не нужно полностью отсоединять его от платы; остальная часть процесса обмена Joy-Con не усложнилась, если его оставили прикрепленным.
  • Затем открутите три винта, которыми пластиковый корпус аккумулятора крепится к основной плате. Как только корпус освободится, я предлагаю вам избегать отсоединения ленточного кабеля, который прикрепляет кнопку ZR к основной плате (рядом с отверткой на картинке выше). Вы можете это сделать, но потребуется приложить немало усилий (и несколько нецензурных слов), чтобы восстановить его. Я удалил его для целей этого руководства, потому что он упрощает просмотр каждого шага процесса.
  • Зеленая доска удерживается двумя винтами типа J00. Удалите их и сохраните в безопасности. Затем вы можете открутить два винта того же типа, которые удерживают аналоговый джойстик.
  • На этом этапе стоит отметить, что есть еще несколько компонентов, на которые следует обратить внимание: ИК-камера в нижней части Joy-Con и антенна NFC, которая находится под платой.Инфракрасную камеру можно снять вместе с платой, но мы займемся антенной NFC после следующего шага.
  • Осторожно извлеките плату из корпуса Joy-Con вместе со всеми различными компонентами, прикрепленными к ней (если вы решили оставить их прикрепленными, как это сделал я). Теперь вы также можете поднять аналоговый джойстик через отверстие, как мы это делали с левым Joy-Con. Однако будьте осторожны, чтобы не порвать прокладку, закрывающую зазоры вокруг джойстика, чтобы пыль не попала в Joy-Con. Осторожно отсоедините его, если вы меняете чехол Joy-Con.
  • Затем осторожно извлеките антенну NFC из корпуса. Это компонент, на который я указываю на изображении выше. Антенна прямоугольной формы удерживается клеем, поэтому осторожно подденьте ее металлической лопаткой. Когда вы пересаживаете эти детали в свой новый корпус Joy-Con, сначала потребуется прокладка аналогового джойстика, а затем антенна NFC.
  • Наконец, как вы это делали с левым Joy-Con, замените кнопки по своему усмотрению в новой оболочке.Чтобы собрать более красочный Joy-Con, выполните указанные выше действия в обратном порядке. Не забудьте убедиться, что мембраны кнопок установлены правильно, и что вы подключаете все ленточные кабели, которые вы отсоединили.

Готово! Надеюсь, эти шаги помогли вам сделать Joy-Cons доступным и веселым макияжем. Если вы похожи на меня, этот проект может вызвать у вас желание разобрать все контроллеры, хотя бы для того, чтобы их хорошо очистить и оценить, как все устроено.

Vox Media имеет партнерские отношения. Они не влияют на редакционный контент, хотя Vox Media может получать комиссионные за продукты, приобретенные по партнерским ссылкам.

как определить и устранить неисправности деталей двигателя?

Существует множество внешних признаков, указывающих на проблемы в цилиндро-поршневой группе двигателя.Вовремя замеченные неисправности, ремонт поршней или их замена – залог бесперебойной работы и долгого срока службы силового агрегата.

Одним из важнейших рабочих элементов двигателя внутреннего сгорания является цилиндро-поршневая группа (ЦПГ), включающая в себя поршень с компрессионными и маслосъемными кольцами, а также гильзу цилиндра.

Детали ЦПГ работают в условиях высоких температур и повышенных нагрузок. В результате на рабочих поверхностях поршней и цилиндров возникают задиры, они быстро изнашиваются и требуют ремонта.

В данной статье мы рассмотрим самые распространенные причины выхода из строя поршней двигателя, способы профилактики проблем и их устранения.

Основные причины выхода поршней из строя

Поршень представляет собой подвижный элемент, перемещающийся между нижней и верхней точкой цилиндра. Движение поршня возникает вследствие давления газов при сгорании воздушно-топливной смеси.

В процессе работы поршень нагревается и существенно увеличивается в размерах из-за расширения металла. Избежать заклинивания внутри цилиндра позволяет консусообразная конструкция детали. Максимально увеличенная в диаметре нижняя часть поршня (юбка) нагревается и расширяется не так сильно, как головка. В результате при высоких температурах поршень приобретает цилиндрическую форму и свободно перемещается внутри цилиндра.

Охлаждению поршней способствует циркуляция моторного масла. При его дефиците ЦПГ перегревается, поршни увеличиваются в размерах и испытывают повышенное трение о стенки цилиндров. В результате на взаимодействующих поверхностях появляются многочисленные задиры, могут возникнуть заедания и заклинивания.

Возможные причины перегрева поршней:

  • Нарушение циркуляции моторного масла и охлаждающей жидкости
  • Выход из строя термостата
  • Засорение радиатора
  • Повреждение помпы
  • Неисправность вентилятора охлаждения

При недостатке смазки поршневой палец приобретает синий цвет, в зоне бобышек возникают зазоры. Перегрев головки поршня между нижней частью поршня и верхней канавкой компрессионного кольца ведет к образованию задиров.

Подобные неисправности могут появляться не только из-за общего перегрева двигателя, но и по причине использования несоответствующего (низкооктанового) топлива, нарушения регулировки топливных форсунок, неисправности системы зажигания и т.д.

Чрезмерно высокая температура в ЦПГ может привести к разрушению поршневых колец и их посадочных мест, появлению трещин, оплавлению днищ и прочим повреждениям, полностью выводящим поршни из строя.


Виды износа поршней

Определить необходимость ремонта или замены деталей ЦПГ можно по состоянию поршней, колец и их посадочных мест.

О том, что следует принимать меры, предупреждающие поломку двигателя, говорят следующие явления:

  • Залегание поршневых колец
  • Износ канавок
  • Износ отверстий в бобышках
  • Износ поршня по диаметру
  • Трещины и задиры на юбке
  • Нагар на днище поршня

Нагар с днища поршня счищается при помощи тупого металлического скребка или щетки. Из канавок он удаляется при помощи специального приспособления.

Определить присутствие трещин на поршне можно на слух. Для этого деталь берется за головку, а по юбке наносятся легкие удары металлическим предметом. Глухой и дребезжащий звук свидетельствует о наличии трещин.

Поршни, имеющие трещины, глубокие царапины и большой износ по диаметру, не подлежат ремонту – только замене.

Изношенные канавки протачиваются на токарном станке при помощи кольца с наружным диаметром, равным внутреннему центрирующему пояску поршня. Это позволяет устанавливать кольца большей высоты. Протачивать канавки необходимо с учетом размеров установленных ремонтных колец.


Износ отверстий в бобышках устраняется их развертыванием под увеличенный диаметр при помощи раздвижной отвертки с направляющим хвостовиком. Короткие развертки использовать нельзя, так как ими можно легко нарушить перпендикулярность оси пальца с осью поршня. После операции развертывания необходимо произвести проверку перпендикулярности на специальном устройстве.

Делается это следующим образом. Поршень надевается на палец устройства и придвигается вплотную к стойке. Штифт индикатора, закрепленный на стойке, должен соприкасаться с поршнем. Стрелка индикатора покажет определенное отклонение – его величину необходимо зафиксировать. Далее поршень снимается и надевается на палец другой стороной. Разница в полученных измерениях не должна превышать 0,05 мм. Если она больше, поршень забраковывается.

Если на юбку поршня было нанесено заводское защитное покрытие, которое повредилось в процессе эксплуатации, крайне желательно провести операцию по его восстановлению. Специальные антифрикционные покрытия снижают коэффициент трения, способствуют дополнительному охлаждению поверхностей и уменьшают износ деталей.

Восстановить покрытие или нанести новый защитный слой позволяют материалы, выпускаемые сегодня в качестве более простых в нанесении и эффективных альтернатив заводским составам.

Рассмотрим технологию нанесения антифрикционного покрытия на юбку поршня на примере наиболее популярного материала – MODENGY Для деталей ДВС.

Первым делом поверхность юбки тщательно очищается доступным механическим или химическим способом от прочно сцепленных загрязнений: нагара, оксидных пленок, остатков старого покрытия и пр. Затем на поршень надевается трафарет, чтобы защитить те участки, на которые попадание нежелательно.

Далее поверхность юбки заливается Специальным очистителем-активатором MODENGY, который обеспечивает высокую адгезию покрытия и максимальный срок его службы. Через 15 мин Очиститель полностью испаряется, оставляя полностью подготовленную поверхность (касаться ее руками нельзя).

Покрытие MODENGY Для деталей ДВС упаковано в удобный аэрозольный баллон, который перед использование тщательно встряхивается.

Первый слой материала наносится на поверхность с расстояния 20-30 сантиметров. Процедура производится быстрыми повторяющимися движениями. Спустя 10 минут материал приобретает матовый оттенок и позволяет наносить второй слой покрытия (при необходимости). Общая толщина защитной пленки должна составлять 10-20 мкм.

Поршни со свежим покрытием не рекомендуется перемещать до его полной полимеризации (12 часов при комнатной температуре или 20 минут в печи при температуре +200 °C).

После завершения работ сопло распылительной головки следует обязательно прочистить. Для этого нужно перевернуть баллон вверх дном и нажать на клапан распылительной головки, направляя струю от себя. Удерживайте его в таком положении необходимо до тех пор, пока из сопла не начнет выходить чистый газ.


Как подобрать новый поршень и кольца?

Поршни подбираются в соответствии с ремонтным размером цилиндров. Маркировка ставится обычно на днище детали.

Каждый поршень выбирается индивидуально для получения зазора нужного размера. Его величина определяется с помощью специальной ленты-щупа, которая протягивается между цилиндром и поршнем. С противоположной от разреза юбки стороны устанавливается динамометр. Усилие на приборе при движении щупа сквозь зазор не должно превышать установленных пределов.

Проверить, правильно ли подобран поршень, легко опытным путем: деталь должна плавно перемещаться в установленном вертикально цилиндре под тяжестью собственного веса.

Помимо зазора, необходимо учитывать вес поршней – максимальная разница в весе деталей одного комплекта не должна превышать 5 грамм.

Изношенные и потерявшие упругость поршневые кольца заменяют новыми. Их ремонтный размер должен соответствовать размерам цилиндра и поршня.

Чтобы подобрать кольцо по цилиндру, его нужно поместить в гильзу, выровнять поршнем и при помощи щупа замерить зазор в стыке. Если он отсутствует или недостаточен, то стык увеличивается напильником. Слишком большой зазор указывает на непригодность кольца для данного цилиндра.

Для подбора по поршню кольцо "прокатывается" по канавке детали. Если зазор слишком мал, кольцо заедает. В таком случае его торцевая часть подлежит шлифовке при помощи наждачной бумаги.

Упругость новых поршневых колец проверяется специальным прибором. Величина нагрузки должна равняться значению зазора в стыке кольца, установленного в цилиндр.

Разбор предложения по частям речи онлайн

Описание.

Разбор предложения по частям речи онлайн — это программа, которая помогает автоматически выполнить разбор предложения с определением и указанием частей речи.

Что такое части речи.

Части речи — это группа слов, объединённых одним грамматическим значением, имеющих одинаковые морфологические признаки, единое лексическое значение и выполняющие одни синтаксические функции.

В русском языке части речи классифицируют на самостоятельные (знаменательные), служебные и особые - междометия.

Части речи были выделены в Индии в 5 веке до н.э, а в Греции в 4 в до н.э.

Части речи же русского языка впервые были описаны М.В. Ломоносовым в 1757 -м году.

Несмотря на это, учёные до сих пор спорят о том, сколько именно частей речи.

Самая распространённая трактовка насчитывает 10 частей речи.

Как работать с программой.

Существуют разные схемы разбора. В нашем сервисе вы просто вводите в текстовое поле ваш текст и нажимаете кнопку «разобрать». Программа производит анализ каждого слова из предложения и над каждым словом указываются части речи в сокращенном виде.

Расшифровка сокращений приведена в ссылке под программой (Словарь сокращений).

Вот основные:

СУЩ. — имя существительное.

ПРИЛ. - имя прилагательное.

МС. - местоимение.

ЧИСЛ. - имя числительное.

ГЛ. - глагол (личная форма). ИНФ — инфинитив.

Н. - наречие.

ПР.- предлог.

СОЮЗ — союз.

ЧАСТ. - частица.

МЕЖД. - междометие.

Количество знаков, доступных для различных категорий пользователей:

  • гости - 10 тыс. символов;
  • зарегистрированные пользователи - 15 тыс. символов.

Данный сервис осуществляет синтаксический разбор предложения бесплатно.

Но, по вашему усмотрению, вы можете приобрести, за дополнительную плату, PRO- версию. Такой пакет, например, даёт возможность одномоментно проверять до 100 тыс. символов. Также, в PRO- версии не показывается реклама и создаётся отдельная очередь для проверок. Все эти функции позволяют делать разбор огромных текстов намного быстрее.

Интересные факты о частях речи

Самой главной частью речи считается существительное. Редко можно встретить предложение без него. Существительное как дирижёр — руководит грамматическим оркестром. А остальные части речи (прилагательные, глаголы и остальные) - зависимы от него и являются opкecтpaнтaми. Существительные несут основную смысловую нагрузку.

Наречие появилось позже других частей речи. Слово «наречие» - очень древнее. Корень «речь» как- бы связывает его с глаголом. Древние римляне называли наречие «приглаголием».

Союзы соединяют слова или предложения. Они указывают на отношения, существующие между. Поэтому, союзы относятся к словечкам отношений.

групп и сборок в QuickBooks

QuickBooks предоставляет два «типа» элементов, которые могут иметь список компонентов - Inventory Assembly и Group . Чем они отличаются и когда лучше использовать одно вместо другого? Сегодня я расскажу об особенностях каждого из них и о том, как вы можете их использовать.

Инвентарный сборочный пункт

Если вы производитель, вы понимаете основную концепцию инвентарной сборки .Это предмет, который вы производите. Вы снимаете некоторые детали с полки, собираете или обрабатываете их, а в итоге получаете новую деталь. Довольно просто. Позвольте мне перечислить несколько свойств элемента инвентарной сборки в QuickBooks:

  • Складская сборка позиции содержат спецификацию материалов (BOM), которая представляет собой список компонентов, которые вы используете для ее создания.
  • Спецификация может содержать другие складские позиции инвентаря, инвентарные детали, не инвентарные детали, услуги и другие позиции затрат.Вы не можете включить элемент группы.
  • Вы можете иметь до 100 компонентов в спецификации с Premier и до 500 компонентов с Enterprise.
  • QuickBooks Pro не поддерживает этот элемент.
  • Когда вы продаете инвентарную сборку, продажа уменьшает ваше количество в наличии самой инвентарной сборки, но не влияет на составные части инвентарной сборки.
  • Когда вы добавляете складскую сборку в счет-фактуру (или оценку, заказ на продажу и т. Д.)) QuickBooks будет перечислять только сам элемент инвентарной сборки, он не будет отображать составные части.
  • Вы не можете изменить состав инвентарного элемента сборки во время его продажи (или постройки). Вы можете изменить его только путем редактирования спецификации в окне редактирования элемента .
  • Существует специальная транзакция, называемая «Сборка», которая потребляет компоненты (уменьшая количество в наличии) и увеличивает количество в наличии для сборки инвентаря. Я обсуждаю это в своем начальном посте с основами.

Позиция группы

На первый взгляд элемент Group кажется очень похожим. Однако есть существенные различия. Я перечислю свойства элемента группы в том же порядке, что и для элемента инвентарной сборки :

  1. Группа позиций содержит список составных частей. Его не называют ведомостью материалов , но он очень похож.
  2. Список компонентов может содержать больше типов позиций - все, что доступно для позиции инвентарной сборки, плюс позиции промежуточного итога, скидки и налога с продаж.
  3. В позиции группы может быть только 20 позиций-компонентов.
  4. Элементы группы
  5. доступны в версиях Pro, Premier и Enterprise.
  6. Когда вы продаете групповой товар, продажа уменьшает ваше количество компонентов в наличии на тот момент. У элемента группы нет собственного количества, поэтому он не влияет на сам элемент группы.
  7. Когда вы добавляете элемент группы в счет-фактуру (и т. Д.), QuickBooks выводит на экран список всех элементов-компонентов. У вас есть возможность показать все компоненты в печатной версии формы или просто показать сам элемент группы.
  8. Вы можете изменить состав предмета группы во время его продажи. После добавления его в счет-фактуру вы можете добавлять или удалять строки компонентов, изменять количества и т. Д. Это не влияет на список компонентов, поскольку они отображаются в окне редактирования элемента .
  9. Для элемента группы нет специальной транзакции - вы не создаете его. Нет в наличии количества для самого элемента группы.

Понимание различий

Важно понимать различия между ними, потому что для их создания требуются разные процессы, и они по-разному отображаются в ваших отчетах.

Инвентарный сборочный узел Предмет - это реальная деталь: вы собираете его и кладете на полку, а затем продаете или используете в качестве подсборки в другом предмете инвентарной сборки. Вы увидите, что инвентарный комплект будет отображаться в ваших отчетах о продажах, но вы не увидите, что элементы-компоненты отображаются как продажи.

Элемент группы на самом деле является ярлыком, а не реальной частью. У вас нет баланса, вы не видите его в отчетах о продажах. Его не существует, это просто удобство для вас, чтобы перемещать несколько различных частей в процессе продажи.Вы никогда не увидите элемент группы в отчетах о продажах - вы увидите элементы группы, отображаемые там.

В традиционном представлении QuickBooks, элемент сборки инвентаризации - это то, с чем работает производитель. Групповой товар обычно больше используется дистрибьюторами, которые собирают стандартные комплекты или коробки во время доставки.

Тем не менее, групповые элементы могут использоваться некоторыми интересными способами для решения определенных типов проблем для многих производителей - и я расскажу об этом более подробно в моем следующем посте.

Теги: Групповые позиции

Категория : Инвентаризация, Производство

Об авторе (Профиль автора)

Чарли Рассел - основатель CCRSoftware. Он работает в индустрии программного обеспечения для малого бизнеса с середины 70-х годов, уделяя особое внимание программному обеспечению для инвентаризации и бухгалтерского учета для малых предприятий. Чарли - сертифицированный эксперт по QuickBooks ProAdvisor.Поищите статьи Чарли в блоге Accountex Report, а также в его блоге California Wildflower Hikes.

Толкование: Право на собрание и петицию

«Право народа на мирные собрания и обращение к правительству с просьбой о возмещении ущерба» защищает два различных права: право на собрания и петицию. Ссылка в этой статье на единичное «право» заставила некоторые суды и ученых предположить, что она защищает только право собираться для подачи петиции правительству.Но запятая после слова «собирать» является остатком от более ранних проектов, которые более четко прояснили намерение Основателей защищать два отдельных права. Например, дебаты в Палате представителей во время принятия Билля о правах связывали «собрание» с арестом и судом над Уильямом Пенном за участие в коллективном религиозном богослужении, которое не имело ничего общего с обращением к правительству.

Хотя ни «собрание», ни «петиция» не являются синонимами «слова», современный Верховный суд рассматривает и то, и другое в рамках обширного права на «высказывание», часто называемого «свободой выражения мнения».Многие ученые полагают, что сосредоточение исключительно на широкой идее речи недооценивает важность обеспечения независимой защиты оставшихся текстуальных прав Первой поправки, включая собрания и петиции, которые предназначены для определенных целей.

Сборка

Сборка - единственное право в Первой поправке, для осуществления которого требуется нечто большее, чем одинокий человек. Можно говорить в одиночку; нельзя собрать в одиночку. Более того, хотя некоторые собрания происходят спонтанно, большинство - нет.По этой причине право на собрание распространяется на подготовительную деятельность, ведущую к физическому акту собрания, меры защиты, позже признанные Верховным судом в качестве отдельного «права на объединение», которое не фигурирует в тексте Первой поправки.

Право на собрания часто подразумевает невербальное общение (включая сообщение, передаваемое самим существованием группы). Демонстрация, пикет или парад - это не просто слова на плакате или песнопения толпы.Более того, собрания действительно «бесплатны», поскольку они позволяют людям участвовать в массовых коммуникациях, опираясь исключительно на «беспристрастность».

Право на собрания является важнейшей правовой и культурной защитой несогласных и неортодоксальных групп. Демократические республиканские общества, суфражистки, аболиционисты, религиозные организации, профсоюзные активисты и группы за гражданские права - все призывали к праву на собрания в знак протеста против преобладающих норм. Когда Верховный суд в своем единогласном решении 1937 года распространил право собраний за пределы федерального правительства на штаты, De Jonge v.Орегон , он признал, что «право на мирные собрания является правом, родственным праву свободы слова и свободы печати, и является в равной степени основополагающим».

Право на собрания приобрело особое значение в связи с Биллем о правах, когда Соединенные Штаты вступили во Вторую мировую войну. Выдающиеся американцы двадцатого века, включая Дороти Томпсон, Захарию Чейфи, Луи Брандейса, Джона Дьюи, Орсона Уэллса и Элеонору Рузвельт, подчеркивали важность права на собрания.В то время, когда гражданские свободы были на переднем крае общественного сознания, собрания занимали видное место как одна из первоначальных «Четырех свобод» (наряду с речью, прессой и религией). Когда, однако, президент Франклин Делано Рузвельт переключился на другую группу «четырех свобод» в попытке заручиться поддержкой вступления Америки во Вторую мировую войну, собрания (и пресса) прекратили свое существование. Пренебрежение сборкой как самостоятельное право сохраняется до сих пор. Фактически, Верховный суд уже более тридцати лет не выносил решений по делу прямо на основании свободного собрания.Но, несмотря на недавнее состояние спячки, свобода мирных собраний остается неотъемлемой частью того, что судья Роберт Джексон однажды назвал «правом на различие».

Петиция

Право «подавать прошение в правительство о возмещении жалоб» является одним из старейших в нашем правовом наследии, возникшем 800 лет назад со времен Великой хартии вольностей и получило прямую защиту в английском Билле о правах 1689 года, задолго до американской революции. По иронии судьбы, современный Верховный суд практически не зачитал почтенное право на подачу петиции из Билля о правах, фактически считая его устаревшим благодаря расширяющейся статье о свободе слова.Однако, как и в случае с собранием, право на подачу петиции не просто придумано после оговорки о свободе слова.

Право на подачу петиции играет важную роль в американской истории. Декларация независимости оправдала американскую революцию, отметив, что король Георг III неоднократно игнорировал петиции о возмещении недовольства колонистов. Законодательные органы в революционный период и в течение долгого времени в девятнадцатом веке считали себя обязанными рассматривать петиции и отвечать на них, которые могли подаваться не только имеющими право избирателями, но также женщинами, рабами и иностранцами.Джон Куинси Адамс, потерпев поражение на второй срок на посту президента, был избран в палату представителей, где спровоцировал почти беспорядки в палате, представив петиции рабов, стремящихся к их свободе. Руководство палаты ответило введением «правила кляпа», ограничивающего подачу петиций, которое было отклонено палатой как неконституционное в 1844 году.

Один из рисков представительной демократии состоит в том, что выборные должностные лица могут отдавать предпочтение узкопартийным интересам своих самых влиятельных сторонников или предпочесть продвигать свои личные интересы вместо того, чтобы рассматривать себя как верных агентов своих избирателей.Надежное право на подачу петиции призвано минимизировать такие риски. Будучи вынужденным признавать петиции обычных людей и отвечать на них, должностные лица становятся более информированными и должны открыто отстаивать свои позиции, позволяя избирателям выносить более обоснованные суждения.

Право на подачу петиции следует противопоставить праву инструктировать. Право на инструктаж позволяет большинству избирателей указывать законодателю голосовать определенным образом, в то время как право подачи петиции гарантирует лишь то, что правительственные чиновники должны получать аргументы от представителей общественности.Разработчики Билля о правах решили не включать право инструктирования, чтобы побудить законодателей принять правильное решение о том, как голосовать.

Сегодня в Конгрессе и практически во всех законодательных собраниях всех 50 штатов право на подачу петиции сведено к формальности: петиции, как правило, заносятся в публичный реестр, без какого-либо обязательства обсуждать поднятые вопросы или отвечать петиционерам. В политической системе, где действующие законодатели могут сделать практически невозможным создание заслуживающей доверия проблемы переизбрания, усиленное право на подачу петиции могло бы более тесно связать современных законодателей со всем электоратом, которому они обязаны служить.Некоторые ученые даже утверждали, что пункт о петиции включает подразумеваемую обязанность признавать, обсуждать или даже голосовать по вопросам, поднятым в петиции. Однако точную роль действенной оговорки о петициях в нашей демократии двадцать первого века невозможно исследовать до тех пор, пока Верховный суд не освободит эту оговорку от текущего подчинения положению о свободе слова.

(PDF) Анализ разборки, анализ состава материалов и анализ воздействия на окружающую среду для компьютерных приводов

Анализ разборки, анализ состава материалов и

Анализ воздействия на окружающую среду для компьютерных дисков

Сунил Мохите Хонг-Чао Чжан

Промышленное проектирование Промышленное проектирование.

Техасский технический университет Техасский технический университет

Лаббок, Техас, США Лаббок, Техас, США

[email protected]

[email protected]

Аннотация - Основная цель Этот документ предназначен для i) предоставления

результатов анализа разборки приводов компьютера

, таких как жесткий диск рабочего стола, дисковод гибких дисков и дисковод компакт-дисков

сервера и дисковод гибких дисков портативного компьютера

ii) для идентификации компонентов и материалов и iii)

определения воздействия на окружающую среду этого материала и

продукта в целом.Для анализа разборки приводы компьютеров

были сначала разобраны до уровня компонента

, и время разборки было записано. Лучшая последовательность разборки

представлена ​​в этой статье, чтобы указать

наименьшее время разборки для этих приводов.

Оценка материалов была проведена как другая часть этого исследования

, и здесь подробно представлены результаты для проанализированных приводов

. Печатные платы (PCB) из приводов компьютеров

прошли аналитические испытания для определения содержания

драгоценных и опасных металлов.Все пластмассы и несколько

других компонентов идентифицируются пластиковой этикеткой или

, имеющимися в литературе. Оценка воздействия на окружающую среду

была проведена с использованием методологии Eco-Indicator 99

. Было рассчитано воздействие на окружающую среду, вызванное компонентами

и материалами привода, а также

влияние на окружающую среду привода компьютера в целом

также рассчитано. В этой статье представлены вышеупомянутые данные с

в отношении приводов компьютеров, и их можно использовать в качестве основы для дальнейшего продвижения исследований, включающих модификацию конструкции

и выбор альтернативного материала для

, что снижает нагрузку на диски компьютера. для среды

.

Ключевые слова - Анализ разборки, Анализ компонентов материала,

Оценка воздействия на окружающую среду

I. ВВЕДЕНИЕ

Благодаря технологическому прогрессу современные компьютеры

имеют очень короткий жизненный цикл. По истечении срока полезного использования

компьютера

встает вопрос о его утилизации. Компьютер

содержит драгоценные металлы, опасные вещества,

пластика и т. Д. В наши дни многие страны не разрешают захоронение

электронных отходов из-за ущерба, нанесенного ими окружающей среде

, а также из-за нехватки свалки.И если

компьютеры залиты землей, материал этих компьютеров

не может быть использован снова, выполняя процесс переработки. Во многих странах

действуют различные законы относительно утилизации электронных продуктов

. Европейский Союз почти готов

к реализации двух новых законов; первая - Директива

об отходах электрического и электронного оборудования (WEEE), вторая -

- Директива об ограничении использования определенных опасных веществ

в электрическом и электронном оборудовании.

В соответствии с этим законом к июлю 2006 года электронное оборудование

не должно содержать определенные опасные материалы выше установленного порогового значения

. Европейский Союз разработал

многих «Эко-этикеток». Эко-этикетка присваивается электронному продукту

, если он соответствует определенным критериям материала, например, если продукт

содержит менее критического количества опасного материала

. Во многих европейских странах правительство возлагает

на производителей оригинального оборудования (OEM)

за возврат своей продукции по истечении срока ее полезного использования.

OEM-производители обычно не производят периферийные устройства для компьютеров

, такие как CD-ROM, дисковод гибких дисков или жесткий диск

. Но основная часть компьютера состоит из

этих компонентов, и когда они продают компьютер,

OEM становится обязанностью заботиться о компьютере по истечении

срока их полезного использования. Реализация директивы WEEE

потребует от производителей предоставить переработчикам информацию о разборке

, чтобы облегчить обработку продукта

в конце срока службы.Кроме того, производителям необходимо предоставить

информацию о компонентах и ​​материалах, используемых в их продукте

, и о том, какие компоненты должны быть удалены из продукта

, чтобы выполнить отдельную операцию по восстановлению или переработке.

Если жесткий диск, дисковод гибких дисков или CD-ROM

, приобретенный у поставщика, содержит опасный материал

и используется как часть компьютера, произведенного OEM,

, то OEM, возможно, придется взять продукт снята с рынка

из-за того, что он не будет соответствовать определенным критериям, установленным директивой

ROHS.Таким образом, OEM должен знать состав материала

и его влияние на окружающую среду.

Инструменты экологической оценки традиционно использовались

для изучения воздействия на окружающую среду, вызванного этими продуктами. На

на основе анализа окружающей среды

OEM-производители смогут выбрать правильного поставщика для этих периферийных устройств. Выбор правильного материала

, таким образом, позволит OEM-производителям разработать более эффективные программы переработки

. Анализ компьютерной периферии

будет полезен OEM-производителям при определении возможности повторного использования и

возможности повторного использования этих компонентов.

Это исследование включает оценку жесткого диска,

дисковода гибких дисков и привода компакт-дисков с точки зрения

разборки, анализа материалов и воздействия на окружающую среду.

В этом исследовании выполняется первый анализ разборки, следующим шагом

, которому следует в этом исследовании, является определение материала

ISEE 2005 215 0-7803-8910-7 / 05 / $ 20,00 © 2005 IEEE

Родной многолетник и неместные однолетние травы формируют состав сообщества патогенов и тяжесть заболевания на пастбищах Калифорнии

Abstract

  1. Плотность высококомпетентных растений-хозяев может формировать состав сообщества патогенов и тяжесть заболевания, изменяя риск и последствия заболевания.История жизни и история эволюции влияют на компетентность хозяина: более долгоживущие виды, как правило, лучше защищены, чем более короткоживущие виды, а патогены адаптируются к заражению видов, с которыми у них более длительная эволюционная история. Однако неясно, как плотность видов, которые различаются по компетенции из-за истории жизни и эволюции, влияет на состав сообщества патогенов растений и серьезность болезни.

  2. Мы исследовали патогены лиственных грибов на двух группах хозяев на пастбищах Калифорнии: местных многолетних и неместных однолетних травах.Сначала мы охарактеризовали состав сообщества патогенов и серьезность заболевания в двух группах хозяев, чтобы приблизительно оценить различия в компетентности. Затем мы использовали наблюдаемые и измененные градиенты плотности естественных многолетних и неместных однолетних трав, чтобы оценить влияние каждой группы хозяев на состав патогенного сообщества и серьезность болезни на участках размером 1 метр 2 .

  3. Аборигенные многолетние и неместные однолетние травы являлись источником различных сообществ патогенов, но были общими патогенами общего характера.Родные многолетние травы являлись хозяевами патогенов с более широким кругом хозяев и испытывали более серьезную болезнь (на 75% выше доля листьев с поражениями), чем неместные однолетники. Хотя относительная численность трех распространенных патогенов имела тенденцию к изменению, а степень тяжести болезней местных многолетних трав имела тенденцию к увеличению с увеличением плотности обеих групп хозяев, эти изменения не были статистически значимыми.

  4. Синтез. История жизни и эволюции трав, вероятно, влияет на их компетенцию в отношении различных видов патогенов, приводя к различным сообществам патогенов и различиям в степени тяжести заболевания.Однако не было никаких доказательств того, что плотность любой группы хозяев существенно влияла на состав патогенного сообщества или тяжесть заболевания. Следовательно, различия в компетентности в отношении различных патогенов, вероятно, формируют состав сообщества патогенов и тяжесть заболевания, но могут не взаимодействовать с плотностью хозяев, чтобы изменить риск заболевания и воздействия в небольших масштабах.

Введение

Состав сообщества может влиять на риск и последствия инфекционных заболеваний (Rohr et al., 2020; Zhu et al., 2000). Организмы служат участками среды обитания для патогенов и других микробов (Borer, Laine, & Seabloom, 2016; Mihaljevic, 2012), и, как синоним качества и площади среды обитания, ожидается, что компетентность и плотность хозяев будут влиять на устойчивость и распространенность патогенов (Burdon & Чилверс, 1982; Фентон, Штрейкер, Петчи и Педерсен, 2015). Сообщества с более высокой плотностью компетентных хозяев (т. Е. С высокой восприимчивостью и / или способностью передавать патогены) должны испытывать больший риск заболевания и воздействия (Joseph, Mihaljevic, Orlofske, & Paull, 2013; Young, Parker, Gilbert, Sofia Guerra, И Нанн, 2017).Поскольку взаимосвязь между составом сообществ и болезнями может повлиять на сохранение биоразнообразия (Rohr et al., 2020), эмпирические исследования природных сообществ, как правило, сосредоточены на видовом богатстве больше, чем на плотности хозяев (но см. Mitchell, Tilman, & Groth, 2002; Schmidt et al. al., 2020; Wojdak, Edman, Wyderko, Zemmer, & Belden, 2014). Поэтому неясно, как плотность хозяев, различающихся по компетенции, влияет на риск и последствия заболевания.

Распространенность инфекции (т. Е. Доля инфицированных хозяев) и тяжесть заболевания (например,g., доля площади листа с грибковыми поражениями) являются индикаторами риска заболевания (Rohr et al., 2020). Как правило, в сообществах-хозяевах циркулируют множественные патогены (Dobson, Lafferty, Kuris, Hechinger, & Jetz, 2008; Griffiths, Pedersen, Fenton, & Petchey, 2011; Malpica, Sacristán, Fraile, & García-Arenal, 2006), что определяет распространенность инфекции. и тяжесть заболевания (Alizon, de Roode, & Michalakis, 2013; Mordecai, Hindenlang, & Mitchell, 2015; Vasco, Wearing, & Rohani, 2007). Различия между хозяевами в компетентности в отношении различных патогенов, которые могут возникать из-за различий в чертах и ​​истории эволюции патогенов (Barrett, Kniskern, Bodenhausen, Zhang, & Bergelson, 2009; Joseph et al., 2013; I. M. Parker & Gilbert, 2004), может способствовать разнообразию сообществ патогенов (Johnson et al., 2016). Следовательно, вариации в жизненном и эволюционном анамнезе могут влиять на риск заболевания в зависимости от состава патогенного сообщества.

История жизни и история эволюции могут влиять на взаимодействие растений и патогенов и могут влиять на состав сообщества патогенов и общую тяжесть болезни. Ожидается, что короткоживущие виды, такие как однолетние растения, будут менее защищены от патогенов и будут испытывать более серьезную болезнь, чем долгоживущие виды, поскольку они выделяют больше ресурсов на воспроизводство, чем на выживание (Cronin, Welsh, Dekkers, Abercrombie, & Mitchell , 2010; Джозеф и др., 2013; Миллер, Уайт и сапоги, 2007). Виды растений с более длительной историей эволюции с патогенами в данном месте могут быть более восприимчивыми к атакам специалистов, преодолевших специфические защитные механизмы растений (I. M. Parker & Gilbert, 2004; Telfer & Bown, 2012). Кроме того, виды, занесенные в новую географическую область, вероятно, оставят свои специализированные патогены позади, как предсказывает гипотеза о высвобождении врага (Keane & Crawley, 2002). Однако неместные растения, как правило, являются однолетними видами (Разанаятово и др., 2016; Sutherland, 2004) и могут накапливать патогены с течением времени (Hawkes, 2007), что позволяет предположить, что у давно укоренившихся неместных растений сообщества патогенов могут перекрываться с местными видами.

В целом более высокая плотность скоплений растений приводит к большему количеству контактов между восприимчивой тканью хозяина и размножениями патогенов (Burdon & Chilvers, 1982) и усиливает негативные эффекты инфекции (Lively, Johnson, Delph, & Clay, 1995). Изменения в плотности одного генотипа или вида растения с большей вероятностью повлияют на специализированные патогены, чем на универсальные патогены (Alexander & Holt, 1998), но конкретные характеристики растений могут взаимодействовать с плотностью растений, способствуя заражению универсальными патогенами.Например, неместные однолетние травы на лугах Калифорнии могут увеличивать передачу патогенов, заполняя промежутки между местными многолетними кустарниковыми травами (SS Parker, Seabloom, & Schimel, 2012) и местными многолетними травами, которые могут расти позже в период вегетации, чем неместные. однолетние (Chiariello, 1989; Seabloom, Harpole, Reichman, & Tilman, 2003), обеспечивая дополнительные возможности для заражения и распространения патогенов (Thrall, Biere, & Antonovics, 1993). Таким образом, сообщества патогенов могут меняться, и серьезность заболевания может возрастать с увеличением плотности неместных однолетних растений или местных многолетних растений, но в большей степени с увеличением плотности более компетентной группы.

Здесь мы оцениваем, как плотность местных многолетних и неместных однолетних трав влияет на состав сообщества патогенных микроорганизмов листовых грибов и серьезность болезней на пастбищах Калифорнии. На пастбищах Калифорнии преобладают неместные однолетние травы, которые отличаются по жизненному циклу и местному времени проживания от местных многолетних кустарниковых трав (Heady, 1977). Неместные однолетние травы были посажены в Калифорнии более века (Heady, 1977) и служат хозяевами для множества патогенов листовых грибов, которые передаются через механизмы, зависящие от плотности (McCartney, Fitt, & West, 2006; Spear И Мардохей, 2018).Сначала мы приблизились к различиям в компетентности, ответив на вопрос: Чем отличаются (а) состав сообщества патогенов и (б) тяжесть заболевания у местных многолетних и неместных однолетних травянистых растений? Состав сообщества патогенов и тяжесть заболевания зависят, помимо других факторов, от множества аспектов компетентности хозяина: восприимчивости, устойчивости, толерантности и передачи (Barrett et al., 2009; Borer et al., 2016; Susi, Vale, & Laine, 2015). Мы предположили, что местные многолетние растения будут содержать более специализированные патогены из-за более длительной эволюционной истории с местными патогенами, что неместные однолетние растения будут испытывать более высокую тяжесть заболевания из-за более низкого распределения средств защиты, и что две группы будут содержать перекрывающиеся сообщества патогенов из-за длительного время пребывания неместных однолетников.Затем мы оценили влияние плотности хозяев на риск заболевания, ответив на вопрос: Каким образом плотность местных многолетних и неместных однолетних трав влияет на (а) состав сообщества патогенов и (б) тяжесть заболевания? Мы предположили, что увеличение плотности либо неместных однолетних растений, либо местных многолетних растений сместит сообщества патогенов и увеличит тяжесть заболевания, и что плотность более компетентной группы будет иметь больший эффект.

Материалы и методы

Система исследования

Мы провели отбор образцов листовых грибов и количественно оценили тяжесть заболевания с 2015 по 2017 год в биологическом заповеднике Джаспер Ридж при Стэнфордском университете в округе Сан-Матео, Калифорния, США.В лугах Калифорнии преобладают неместные средиземноморские однолетние травы, которые быстро прижились во время заселения европейцев (Bossard & Randall, 2007; Hamilton, 1997). Неместные однолетние виды трав, включенные в это исследование: Avena barbata, Avena fatua, Brachypodium distachyon, Bromus diandrus, Bromus hordeaceus, Bromus sterilis, Festuca myuros и Gastridium phleoides . Все эти виды, за исключением B. sterilis и G. phleoides , классифицируются как инвазивные в Калифорнии (Cal-IPC, 2020). Виды Avena и Bromus преобладают на незмеиных пастбищах JRBP (McNaughton, 1968). Stipa pulchra - предположительно доминирующий вид калифорнийских пастбищ до заселения европейцев (Heady, 1977) - и Elymus glaucus являются двумя местными многолетними травами, включенными в это исследование. Исследование, проведенное JRBP в 2015 году, показало, что уникальные сообщества патогенов были связаны с несколькими видами трав, но общие патогены были общими для разных видов трав (Spear & Mordecai, 2018).Сюда включены данные этого исследования, а также дополнительные данные, собранные в следующие два года. Рост растений на JRBP начинается с наступлением осадков поздней осенью, продолжается в течение прохладной влажной зимы до весны и заканчивается теплым сухим летом (Chiariello, 1989). Суммарное количество осадков в округе Сан-Матео с сентября по апрель составило 579 мм (2014-2015 гг.), 728 мм (2015-2016 гг.) И 1139 мм (2016-2017 гг.), Что по обе стороны от среднего за 100 лет значения 683 мм. (NOAA, 2020).

Градиенты плотности

Весной 2015 года мы установили десять наблюдательных разрезов через визуально оцениваемые градиенты многолетних травянистых участков с преобладанием однолетних травяных покровов JRBP («наблюдательное исследование»; Spear & Mordecai, 2018; Uricchio, Daws , Копье и Мардохей, 2019). Трансекты состояли из четырех-пяти участков размером 1 м 2 (рис. S1), и выборка проводилась в течение двух лет (2015 и 2016). После первого отбора проб мы дополнили трансекты, на которых не было общих неместных однолетних или местных многолетних видов, высадив семь групп фоновых растений - примерно по 20 семян по A.barbata, B. diandrus, B. hordeaceus, E. glaucus и S. pulchra и взрослые особи E. glaucus и S. pulchra , пересаженные из других мест в JRBP - на первый, средний и последний участки. Мы подсчитали количество особей на вид травы на участках и увеличили количество до 1 м 2 для 47 и 18 участков в период с 8 по 9 апреля 2015 г. и с 28 июня по 5 июля 2016 г., соответственно (Таблица S1 ). Мы предположили, что разнотравье не входит в круг основных хозяев основных видов грибковых патогенов (Gilbert & Webb, 2007; I.M. Parker et al., 2015) и поэтому не включили плотность разнотравья в наш анализ, хотя разнотравье присутствовало на графиках.

Осенью 2015 года мы заложили 70 участков площадью 1 м 2 на площади 35 м × 35 м JRBP, где на несколько месяцев были помещены травяные маты для подавления фонового пополнения растений («управляемый эксперимент», рис. S1; Uricchio et al., 2019). На участках размером 1 м 2 мы изменили плотность семи групп фоновых растений до 10%, 20%, 40%, 80% или 100% плотности каждой в монокультуре путем посева семян и пересадки взрослых растений. (два повторяющихся графика на обработку).Кроме того, были расчищены десять делянок 2 х 2 м и засажены по одному экземпляру из каждой группы фоновых растений. В январе 2016 г. мы добавили на участки «очаговые» особи, посеяв по десять семян или по одной взрослой особи от каждой группы фоновых растений. В течение 1–24 июня 2016 г. мы подсчитали до 50 отдельных трав на каждом участке, идентифицировали их по видам и масштабировали плотность до 1 м 2 (Таблица S1). Мы пропалывали виды, которые не высаживались в течение всего вегетационного периода, но некоторые выжили. Мы включили плотности непреднамеренных трав в наш анализ наряду с преднамеренными растениями.

Как в наблюдательном исследовании, так и в управляемом эксперименте, травяные сообщества включали либо высокую плотность неместной годовой травы и низкую плотность естественной многолетней травы, высокую плотность естественной многолетней травы и низкую плотность неместной годовой травы, либо низкую плотность обоих ( Рис. S2A – B). На большинстве участков было больше неместных однолетних трав, чем местных многолетних трав, при этом относительная численность местных многолетних трав достигала максимума около 0,5 в наблюдательном исследовании и 0.8 в управляемом эксперименте (рис. S2C – D).

Сообщества лиственных грибов-патогенов

Для оценки различий между листовыми грибковыми патогенными микроорганизмами, связанными с местными многолетними и неместными однолетними травами, мы собрали ткань листьев с поражениями растений в рамках наблюдательного исследования, основных растений в управляемом эксперименте и от дополнительных растений, расположенных поперек JRBP (рис. S1). В период с марта по июнь каждого года мы получали изоляты поражений листовыми грибами 91, 261 и 182 местных многолетних трав и 75, 242 и 110 неместных однолетних трав в 2015, 2016 и 2017 годах соответственно.От каждого растения собирали один кусок ткани листа. Аборигенные многолетние растения включали E. glaucus и S. pulchra , а неместные однолетники - A. barbata, A. fatua, B. diandrus и B. hordeaceus .

Как описано Spear and Mordecai (2018), мы изолировали грибы, связанные с поражениями, путем иссечения симптоматической ткани с краев поражений листвы и стерилизации поверхности (последовательное погружение в 70% этанол и 10% бытовой отбеливатель, 60 секунд каждый) и нанесения покрытия каждый кусочек ткани на 2% агаре с солодовым экстрактом (MEA) с хлорамфениколом.Для каждого кусочка ткани морфологически различные гифы (т.е. морфотипы) выделяли в чистую культуру на чашках с 2% MEA. Лаборатория Mordecai поддерживает эталонные штаммы (разрешение 3160 Департамента продовольствия и сельского хозяйства Калифорнии). Для каждого грибкового изолята мы извлекли геномную ДНК и амплифицировали области 1 и 2 внутреннего транскрибируемого спейсера (ITS), ген 5.8S рРНК и часть LSU рРНК, как подробно описано в Spear and Mordecai (2018). Однако в 2017 году мы изменили наш протокол, чтобы производить более длительные согласованные чтения.В частности, мы соединили прямой праймер ITS1-F (Gardes & Bruns, 1993) с обратным праймером LR3 (Vilgalys & Hester, 1990), а не ITS4-B (Gardes & Bruns, 1993).

Мы обработали чтения секвенирования по Сэнгеру из MCLAB (Сан-Франциско, Калифорния, США) с помощью Geneious 7.1.9 (Kearse et al., 2012). Мы обрезали и автоматически собирали чтения, когда это было возможно; когда это было невозможно, мы вручную собирали чтения или выбирали наиболее длинное обрезанное индивидуальное чтение более 100 пар оснований. Мы сгруппировали все согласованные последовательности в операционные таксономические единицы (OTU) на основе 97% сходства последовательностей с помощью USEARCH 10.0,240 (Эдгар, 2010). Если разные морфотипы из одного и того же фрагмента ткани были сгруппированы в один и тот же OTU, мы предполагали, что они представляют один и тот же изолят. Мы оценили таксономическое размещение ITS OTU в базе данных UNITE 01.12.2017 (Nilsson et al., 2019) и присвоили таксономию в mothur 1.40.5 (Schloss et al., 2009), используя наивный байесовский классификатор (Wang, Garrity, Tiedje, & Cole, 2007) с начальной степенью достоверности не менее 80% для названия вида и не менее 60% для любого другого таксономического ранга.

Степень тяжести заболевания

Мы оценивали серьезность заболевания, вызванного листовыми грибами, путем случайного выбора от одного до шести листьев на каждом растении в зависимости от наличия и визуального определения доли площади листа, покрытой поражениями. Мы оценивали листья местных многолетних и неместных однолетних трав с использованием следующих размеров выборки (в указанном порядке): 101 аборигенный многолетник и 292 неместные однолетние травы в ходе наблюдательного исследования в период 11–16 марта 2015 г .; 71 и 129 трав в наблюдательном исследовании и на четырех дополнительных трансектах на JRBP (T11-T14, рис.S1) 17–20 апреля 2015 г .; 69 и 11 трав в наблюдательном исследовании 25–27 мая 2016 г .; 269 ​​и 161 трава в управляемом эксперименте с 5 по 24 мая 2016 г. При отборе проб в марте и апреле 2015 г. использовались одни и те же помеченные растения, поэтому мы проанализировали эти данные отдельно. Мы приводим результаты с данными за март в основном тексте и приводим результаты с данными за апрель в дополнительных материалах для сравнения. Аборигенные многолетние растения включали E. glaucus и S. pulchra , а неместные однолетние растения - A.barbata, B. diandrus и B. hordeaceus .

Чем отличается состав сообщества патогенов между местными многолетними и неместными однолетними травами-хозяевами?

Для оценки различий между сообществами листовых грибов, связанных с каждой группой хозяев, мы выполнили перестановочный многомерный дисперсионный анализ (PERMANOVA) с использованием метода Чао для расчета различия сообществ. Метод Chao учитывает ненаблюдаемые виды и устойчив к различиям в размерах выборки (Chao, Chazdon, & Shen, 2005).Мы определили сообщество как изоляты листовых грибов, связанные с видом травы в конкретный год (таблица S2), и создали матрицу сообществ численности изолята, где каждое сообщество представляет собой строку, а каждая OTU - столбец. Мы исключили сообщества с менее чем четырьмя изолятами, что привело к шести сообществам, связанным с местными многолетними растениями, и десятью сообществами, связанным с неместными однолетниками. Мы использовали матрицу сообществ в качестве переменной ответа в PERMANOVA и вид травы, год и группу хозяев в качестве переменных-предикторов.Мы использовали неметрическую многомерную шкалу (NMDS) с методом Чао для визуализации различий между сообществами листовых грибов.

Мы также оценили известные диапазоны хозяев патогенов, связанных с каждой группой хозяев, чтобы оценить, можно ли хотя бы частично объяснить различия в составе сообщества патогенов ускользанием неместных однолетних трав от специализированных патогенов (Keane & Crawley, 2002). Мы провели поиск в Национальной базе данных коллекций грибов США (Farr & Rossman, 2019) на предмет количества видов-хозяев, связанных с OTU, для которых мы оценили название вида (Schmidt et al., 2020). Чтобы проверить гипотезу о том, что патогены, ассоциированные с двумя группами хозяев, различаются по диапазонам их хозяев, мы выполнили двухвыборочный t-тест Велча, сравнив диапазоны хозяев грибковых изолятов, связанных с местными многолетними травами, с таковыми из грибковых изолятов, связанных с не- аборигенные однолетние травы. Используя каждый изолят грибов в качестве дубликата, оцениваемые виды грибов, которые выделялись чаще, вносили больший вклад в средний диапазон хозяев. Обратите внимание, что база данных может предоставить больше информации и потенциально более широкие оценки диапазона хозяев для грибов сельскохозяйственных культур и экономически важных растений, грибов, перехваченных в портах ввоза, обычных грибов и инвазивных или появляющихся грибковых патогенов (Farr & Rossman, 2019).

Чем отличается серьезность болезни у местных многолетних растений и растений-хозяев неместных однолетних трав?

Для оценки различий в степени тяжести болезней местных многолетних и неместных однолетних трав мы использовали два показателя для каждого растения: долю листьев с поражениями («листья») и, для листьев с поражениями, долю листьев. покрытая площадь («поверхность»). Показатель «листья» приближает подверженность каждого листа спорам грибов и восприимчивость к колонизации тканей патогенами.Показатель «поверхности» приблизительно соответствует способности растения подавлять рост грибков в тканях (то есть сопротивление). Мы аппроксимируем обобщенную линейную модель смешанного эффекта с биномиальным распределением ошибок логит-связи для наличия / отсутствия поражений для каждого листа для метрики «листья» и обобщенную линейную модель смешанного эффекта с распределением бета-ошибок логит-связи в пропорции площадь поверхности листа с поражениями для каждого инфицированного листа для метрики «поверхность». Прогнозирующая переменная заключалась в том, является ли растение неместным однолетником, а случайным перехватом эффекта был идентификатор растения, вложенный в участок, вложенный в эксперимент и скрещенный с годом.Мы удалили эксперимент из случайных эффектов для «поверхностной» модели (дисперсия <8 × 10 −18 ), чтобы помочь сходимости модели; пространственная неоднородность по-прежнему учитывалась «сюжетом» случайного эффекта.

Каким образом плотность естественных многолетних и неместных однолетних трав влияет на состав сообщества патогенов?

Чтобы оценить влияние плотности естественных многолетних и неместных однолетних трав на состав сообществ патогенов листовых грибов, связанных с каждой из этих групп, мы оценили изменение частоты изоляции наиболее распространенных OTU по градиентам плотности.Мы использовали подмножество полного набора данных изолятов грибов, выбрав только те изоляты, которые были собраны из градиентов плотности. Размеры выборки в порядке аборигенных многолетних и неместных однолетних трав составляли: 69 и 55 изолятов с 31 участка наблюдательного исследования в 2015 г., 22 и 17 изолятов с шести участков наблюдательного исследования в 2016 г., а также 135 и 76 изолятов с 28 участков манипулируемого эксперимента были засеяны с плотностью 80% и 100%. Аборигенные многолетники включали E. glaucus и S.pulchra ; неместные однолетники включали A. fatua (только наблюдательное исследование), A. barbata, B. diandrus и B. hordeaceus .

Чтобы выбрать наиболее распространенные OTU, мы ранжировали все OTU из полного набора данных изолятов грибов по количеству изолятов, полученных за каждый год (т. Е. По численности). Мы оценили различия в численности между последовательными рангами и обнаружили относительно большие различия между пятым и шестым наиболее распространенными OTU в 2015 и 2016 годах, а также между четвертым и пятым наиболее распространенными OTU в 2017 году (рис.S3). Поэтому мы выбрали пять, пять и четыре самых распространенных OTU в 2015, 2016 и 2017 годах соответственно, в результате чего получилось семь центральных OTU. Виды грибов, связанные с этими OTU, были Alternaria Infctoria, Parastagonospora avenae, Pyrenophora chaetomioides, Pyrenophora lolii, Pyrenophora tritici-repentis , неидентифицированным Pyrenophora видов и Ramularia proteae . Обратите внимание, что мы ссылаемся на OTU по их предполагаемым названиям видов в результатах, но эти же названия видов могут быть связаны и с менее распространенными OTU.

Мы аппроксимируем обобщенные линейные модели смешанных эффектов с логит-связными биномиальными распределениями ошибок для присутствия / отсутствия каждой фокальной OTU, анализируя наблюдательное исследование и управляемый эксперимент отдельно. Данные присутствия / отсутствия показывают, был ли изолят листовых грибов идентифицирован как представляющий интерес OTU. Переменными-предикторами фиксированного эффекта были группа хозяев, из которой был собран грибной изолят, плотность естественных многолетних трав и неместная однолетняя плотность травы на участке, с которого был собран грибной изолят, и, если они присутствовали, плотность трав, которые были собраны. либо не идентифицированы, либо не включены ни в одну из групп («прочие травы», таблица S1).Фиксированные эффекты также включали взаимодействие между группой хозяев и каждым из измерений плотности травы. Перехваты случайных эффектов включали график с пересечением года для наблюдательного исследования и график для управляемого эксперимента. Мы выполнили выбор модели путем подбора всех моделей подмножества фиксированных эффектов для каждой глобальной модели. Информационный критерий Акаике с поправкой на малые размеры выборки (AICc) был рассчитан для каждой модели, и мы извлекли подмножество моделей, для которых совокупная сумма нормализованных вероятностей модели была больше или равна 0.95 (то есть 95% доверительный набор моделей). Мы приводим оценки коэффициентов на основе среднего значения 95% доверительной вероятности.

Среди набора наиболее распространенных видов грибов модели не подходили для P. chaetomioides на местных многолетних травах, P. tritici-repentis на неместных однолетних травах и R. эксперимента из-за небольшого размера выборки (во всех случаях n <2 изолятов). Чтобы обеспечить сходимость модели, мы удалили взаимодействие между группой хозяев и плотностью «другой травы» для P.lolii и R. proteae в наблюдательном исследовании, между группой хозяев и всеми типами плотности травы для неидентифицированных Pyrenophora видов и P. avenae в наблюдательном исследовании, а также между группой хозяев и обоими типами плотности травы для P. lolii в управляемом эксперименте.

Как плотность естественных многолетних и неместных однолетних трав влияет на тяжесть болезни?

Чтобы оценить влияние плотности естественных многолетних и неместных однолетних трав на серьезность болезни каждой группы хозяев, мы использовали те же показатели, которые уже описаны: «листья» и «поверхность».Мы использовали подмножество всех оценок серьезности заболевания, выбрав только те, которые были собраны из градиентов плотности. Размеры выборки в порядке аборигенных многолетних и неместных однолетних трав составляли: 101 и 292 травы с 46 участков наблюдательного исследования в марте 2015 г., 56 и 79 трав с 25 участков наблюдательного исследования в апреле 2015 г., 69 и 11 трав. с 18 участков наблюдательного исследования в 2016 г. и 269 и 161 злак со всех участков манипулируемого эксперимента. Аборигенные многолетники включали E.glaucus и S. pulchra ; неместные однолетники включали A. barbata, B. diandrus и B. hordeaceus .

Опять же, мы аппроксимируем обобщенные линейные модели смешанного эффекта с биномиальным распределением ошибок логит-связи (для «листьев») и бета (для «поверхности») в зависимости от наличия / отсутствия поражений для каждого листа (для «листьев») и доли площадь поверхности листа с поражениями для каждого инфицированного листа (для «поверхности»). Фиксированные эффекты соответствовали тем, которые описаны для моделей изолята патогена в предыдущем разделе.Перехватываемые случайным образом эффекты представляли собой ID растения, вложенного в делянку и скрещенный с годом для наблюдательного исследования, и ID растения, вложенный в делянку для эксперимента с манипуляциями. Мы также выполнили выбор модели, как описано в предыдущем разделе, за исключением «поверхностной» модели исследования наблюдений - подмодели не могли сходиться во время усреднения модели. Статистический анализ был проведен в R версии 3.5.2 (R Core Team, 2018) с использованием vegan (Oksanen et al., 2019), rusda (Krah et al., 2018), glmmTMB (Brooks et al., 2017), MuMIN (Barton, 2019), DHARMa (Hartig, 2019) и tidyverse (Wickham, 2017).

Результаты

Чем отличается состав сообщества патогенов между местными многолетними и неместными однолетними травами-хозяевами?

Мы идентифицировали 83 уникальных OTU из 961 изолята листовых грибов, собранных с шести видов трав в JRBP (рис. 1A). Сорок один OTU был выделен только из местных многолетних трав, 18 из них были выделены только из неместных однолетних трав и 24 были выделены из обеих групп-хозяев.Группы-хозяева объяснили 25% различий в составе сообщества патогенов (таблица 1), и сообщества патогенов, связанные с двумя группами, были разными (рис. 1B). Однако 24 OTU, выделенные от обеих групп хозяев, составили 78% и 96% изолятов от местных многолетних трав и неместных однолетних трав, соответственно, что привело к перекрытию сообществ патогенов, связанных с двумя группами хозяев (рис. 1A). ). Названия видов грибов (всего 29) были оценены для 282 изолятов местных многолетних трав (53%) и 266 изолятов неместных однолетних трав (62%).Предполагаемые виды грибов, выделенные из неместных однолетних трав, имели в среднем меньшие диапазоны хозяев, чем те, которые изолированы от местных многолетних трав (рис. 1C, t-критерий Велча для двух выборок: t = 4,53, df = 480, P < 0,001).

Таблица 1.

ПЕРМАНОВА с описанием влияния группы хозяев, видов трав и года отбора проб на состав сообщества патогенов.

Рисунок 1.

Сообщества патогенов, связанные с местными многолетними и неместными однолетними травами. (А) Состав изолятов грибковых патогенов для каждого вида трав.Каждая OTU представлена ​​разным цветом, и для семи очаговых OTU предусмотрена легенда: Alternaria Infctoria ( A. inf. ), Parastagonospora avenae ( P. ave. ), Pyrenophora chaetomioides ( P. cha. ), Pyrenophora lolii ( P. lol. ), Pyrenophora tritici-repentis ( P. tri. ), Pyrenophora sp. ( Pyr. Sp. ) и Ramularia proteae ( R.про. ). Общее количество изолятов на вид травы указано справа от столбцов. (B) график NMDS сообществ патогенов, связанных с двумя группами хозяев. «Сообщество» - это все изоляты листовых грибов одного вида трав в год. (C) Среднее количество видов хозяев в базе данных грибов USDA для грибковых патогенов, выделенных из каждой группы хозяев (среднее значение ± 1SE). Средние значения состоят из всех грибковых изолятов с предполагаемыми названиями видов и доступными данными; ряды хозяев патогенов, которые чаще выделяются, вносят пропорциональный вклад в сводную статистику.

Чем отличается серьезность болезни у местных многолетних растений и растений-хозяев неместных однолетних трав?

У местных многолетних трав доля листьев с повреждениями на 75% выше, чем у неместных однолетних трав (рис. 2A, P < 0,01, таблица S3). Доля площади листьев с поражениями в целом была низкой и не различалась между местными многолетними и неместными однолетними травами (рис. 2B, P = 0,93, таблица S3). Эти закономерности сохранились, когда данные, собранные в апреле 2015 года в ходе наблюдательного исследования, были заменены данными, собранными в марте 2015 года (рис.S4).

Рис. 2.

Средняя тяжесть заболевания для местных многолетних и неместных однолетних групп хозяев (среднее по модели ± 1SE), количественно выраженная как (A) доля листьев с поражениями на растение («листья») и (B ) средняя доля площади поверхности инфицированных листьев с поражениями на одно растение («поверхность»).

Каким образом плотность естественных многолетних и неместных однолетних трав влияет на состав сообщества патогенов?

Семь наиболее распространенных OTU из изолятов листовых грибов, собранных с JRBP в 2015–2017 гг. (Т.е., очаговые OTU) составляли 66% и 77% изолятов от местных многолетних и неместных однолетних трав, соответственно, по градиентам плотности (Таблица 2). Относительная численность ни одной из очаговых OTU существенно не увеличилась с плотностью нативных многолетних или неместных однолетних трав (Таблицы S4 – S5). Неопознанные виды Pyrenophora , однако, имели тенденцию к увеличению с более высокой плотностью травы любой группы хозяев в управляемом эксперименте (рис. S5, таблица S5).

Таблица 2.

Виды патогенов, отнесенные к очаговым ОТЕ.

Мы рассчитали прогнозируемое изменение относительной численности каждого патогена на каждой группе хозяев с добавлением 50 местных многолетних трав -2 (рис. 3A – B) или 5000 неместных однолетних трав -2 ( Рис. 3C – D) для участков без покрытия. Такие увеличения плотности превышают зарегистрированные в наблюдательном исследовании (рис. S2A), но они все еще оказывали небольшое прогнозируемое влияние на относительную численность большинства патогенов (рис. 3). Хотя это не является статистически значимым, предсказал P.Относительная численность lolii снизилась с добавлением 50 дополнительных местных многолетних трав (рис. 3A – B), прогнозируемая относительная численность неидентифицированных видов Pyrenophora увеличилась с добавлением 5000 дополнительных неместных однолетних трав (рис. 3C – D) и прогнозировалось P Относительная численность .. chaetomioides на неместных однолетних травах снизилась с добавлением 5000 дополнительных неместных однолетних трав в управляемом эксперименте (рис. 3D).

Рисунок 3.

Средний прогнозируемый эффект (± 1SE) добавления (A – B) 50 особей местных многолетних трав, м -2 или (C – D) 5000 особей неместных однолетних трав, м -2 к одному голый график относительной численности каждой из семи фокусных OTU в каждой группе хозяев (оси x), основанный на регрессиях, соответствующих наблюдениям (A и C) и исследованиям (B и D) с манипуляциями (таблицы S4 – S5).Аббревиатуры патогенов приведены в Таблице 2.

Каким образом плотность местных многолетних и неместных однолетних трав влияет на тяжесть болезни?

Тяжесть заболевания, оцениваемая как доля площади поверхности листа с поражениями, в целом была низкой как для групп хозяев, так и для диапазонов плотности травы (рис. 4) и существенно не изменялась в зависимости от плотности травы (таблицы S6 и S7). Доля листьев с поражениями также существенно не изменилась с естественной многолетней или неместной однолетней плотностью травы (Таблица S6 и S7), но имела тенденцию к увеличению на местных многолетних растениях-хозяевах с более высокой плотностью любой группы хозяев в наблюдательном исследовании (Рис.4А, В). Однако более высокая степень тяжести заболевания при более низкой плотности травы в конце сезона ослабила эти положительные тенденции (рис. S6). Отражая результаты из объединенного набора данных (рис.2), доля листьев с повреждениями была на 70% выше на местных многолетних травах, чем на неместных однолетних травах в наблюдательном исследовании ( P <0,001, таблица S6) и на 46% выше. в управляемом эксперименте ( P <0,001, таблица S7).

Рис. 4.

Влияние (A – B) естественного многолетнего растения и (C – D) неместной годовой плотности травы на тяжесть заболевания местных многолетних и неместных однолетних растений-хозяев в наблюдательном исследовании (A и C) и ( B и D) управляемый эксперимент.Тяжесть заболевания определялась количественно как доля листьев с поражениями («листья») или средняя доля площади поверхности листьев с поражениями («поверхность») на одно растение. Диапазоны плотности были разделены на пять равномерно распределенных интервалов, и точки, представляющие среднюю тяжесть заболевания в пределах этого интервала (среднее значение ± 1SE), нанесены на среднюю точку. Точки и планки погрешностей были сдвинуты по горизонтали, чтобы уменьшить перекрытие. Линии и заштрихованные области представляют совпадения с линейной регрессией (среднее ± 1SE, таблицы S6 – S7). Затененные области для поверхности слишком малы для визуализации.

Обсуждение

Чтобы оценить влияние компетентности и плотности хозяев на состав сообщества патогенов и серьезность болезни, мы изолировали листовые грибы и количественно оценили поражения на местных многолетних и неместных однолетних травах на пастбищах Калифорнии по наблюдаемой и измененной плотности каждой группы. . Мы предположили, что местные многолетние растения будут содержать более специализированные патогены из-за более длительной эволюционной истории с местными патогенами, что неместные однолетние растения будут испытывать более высокую тяжесть заболевания из-за более низкого распределения защитных звеньев, и что две группы будут содержать перекрывающиеся сообщества патогенов из-за длительного существования. время пребывания неместных однолетников.Мы обнаружили обратное для первых двух гипотез: неместные однолетние растения содержали более специализированные патогены, а местные многолетние растения имели более высокую степень тяжести заболевания. В этих двух группах были статистически разные сообщества патогенов, но общие патогены были общими. Мы также предположили, что увеличение плотности любой группы вызовет сдвиги в составе сообщества патогенов и увеличит тяжесть заболевания, но плотность обеих групп не оказала значительного влияния. Наши результаты показывают, что даже при различиях в компетентности между двумя группами хозяев их плотность не обязательно влияет на компоненты болезни, которые могут повлиять на риск, по крайней мере, в масштабе участка 1 м 2 и в течение трехлетнего промежутка времени. изучение.

Чем отличается состав сообщества патогенов между местными многолетними и неместными однолетними травами-хозяевами?

Виды растений различаются по восприимчивости к разным патогенам (Barrett et al., 2009; Gilbert & Webb, 2007), отчасти из-за жизненного цикла (Cronin et al., 2010) и истории эволюции (IM Parker & Gilbert, 2004) . Соответственно, аборигенные многолетние и неместные однолетние травы имели различные сообщества патогенов лиственных грибов. Эти различия были обусловлены 59 патогенами, которые были изолированы только от одной группы хозяев, и вариациями в частоте выделения 24 патогенов, общих между группами.Хозяева часто заражаются несколькими патогенами, и, как показали наши и другие результаты, многие патогены могут циркулировать среди разных хозяев в одном сообществе (Dobson et al., 2008; Griffiths et al., 2011; Malpica et al., 2006) . Однако наше исследование уникально в том, что оно пытается понять, как хозяева, различающиеся по жизни и истории эволюции, формируют состав сообщества наземных патогенов (но см. Seabloom, Borer, Lacroix, Mitchell, & Power, 2013). Взгляд патогенного сообщества продемонстрировал, что высокая относительная восприимчивость одной группы к одному патогену (например,g., местные многолетние травы к P. tritici-repentis ) могут быть уравновешены высокой относительной восприимчивостью другой группы к другому патогену (например, неместные однолетние травы к P. chaetomioides ). Это понимание, вероятно, будет общим, учитывая, что вариации в эволюционной истории также формируют состав микробного сообщества почвы (Kourtev, Ehrenfeld, & Häggblom, 2002; Lau & Suwa, 2016; Wolfe, Rodgers, Stinson, & Pringle, 2008) и предостерегает от выводов. о риске заболеваний, связанных с одним патогеном (Lloyd-Smith, 2013).

Гипотеза вражеского высвобождения предполагает, что местные растения будут испытывать большее давление болезней, чем неместные растения, потому что неместные виды будут терять врагов-специалистов по мере их переноса в новый регион, а местные враги-специалисты будут медленно атаковать неместные растения. (Кин и Кроули, 2002). Мы выделили больше уникальных OTU из местных многолетних растений, чем из неместных однолетников, что подтверждает эту гипотезу, но мы также обнаружили, что средний круг хозяев патогенов, связанных с неместными однолетниками, был более специализированным, чем у патогенов, связанных с местными многолетниками.Однако последний результат следует интерпретировать с осторожностью, поскольку для многих патогенов информация о диапазоне хозяев не была доступна в базе данных грибов, а некоторые оценки диапазона хозяев не соответствовали нашим выводам в JRBP (например, R. proteae ). Тем не менее, патогены, связанные с неместными однолетними травами, могут иметь более специфический диапазон хозяев по нескольким причинам. По крайней мере, некоторые из патогенов, поражающих эти травы, распространены во всем мире (Aboukhaddour, Cloutier, Lamari, & Strelkov, 2011; Stukenbrock, Banke, & McDonald, 2006), что позволяет предположить, что специалисты, связанные с неместными однолетними травами в их естественном ареале, могут присутствовать на JRBP.Кроме того, неместные однолетние виды трав наблюдались в JRBP или близлежащих округах еще в 1893 году (JRBP, 2020), что дало время для адаптации патогенов к новым хозяевам (Hawkes, 2007; I. M. Parker & Gilbert, 2004).

Чем отличается серьезность болезни у местных многолетних растений и растений-хозяев неместных однолетних трав?

Более высокая доля местных листьев многолетних растений имела повреждения, чем листья неместных однолетних растений. Хотя этот результат противоречит нашим ожиданиям о том, что неместные однолетние растения будут иметь более серьезную болезнь из-за жизненного опыта, это согласуется с многочисленными исследованиями, демонстрирующими более высокую серьезность заболевания на местных, чем на неместных растениях (Chun, van Kleunen, & Dawson, 2010; Han , Dendy, Garrett, Fang, & Smith, 2008; Hawkes, Douglas, & Fitter, 2010; но см. I.М. Паркер и Гилберт, 2007). Местные многолетние растения могут быть более подвержены передаче и / или более восприимчивы к инфекции, чем неместные однолетники, но, поскольку они имеют эквивалентную и низкую долю площади поверхности листьев с поражениями, могут обладать одинаково эффективными механизмами устойчивости. Различия в воздействии могут быть частично объяснены долгой историей жизни местных многолетних растений и их ролью в качестве долгосрочных резервуаров патогенов (Thrall et al., 1993). Действительно, разница в тяжести заболевания между неместными многолетними и однолетними растениями была больше в наблюдательном исследовании, чем в управляемом эксперименте, в котором недавно были собраны растительные сообщества.Кроме того, неместные однолетние травы могут сбрасывать листья с поражением листвой грибков (Vloutoglou & Kalogerakis, 2000) чаще, чем местные многолетние растения, что создает видимость меньшей степени тяжести заболевания.

Каким образом плотность естественных многолетних и неместных однолетних трав влияет на состав сообщества патогенов?

Изменения плотности естественных многолетних и неместных однолетних трав ограниченно повлияли на относительную численность патогенов листовых грибов. Когда мы экстраполировали наши результаты на высокую плотность злаков (50 и 5000 м -2 для местных многолетних и неместных однолетников, соответственно), прогнозируемый ответ составил P.chaetomioides не соответствовал сообществам патогенов, охарактеризованным в более крупном наборе данных. Было предсказано, что относительная численность Pyrenophora chaetomioides будет снижаться на неместных однолетниках с увеличением плотности неместных однолетников, даже несмотря на то, что она часто выделялась у двух видов в этой группе. Возможно, что изменения в составе растительного сообщества по градиенту плотности, такие как увеличение Bromus spp. и снижение Avena spp., повлияли на эту закономерность, предполагая, что плотность хозяев родов или видов может иметь противоположные эффекты на относительную численность патогенов.

Наши результаты показывают, что сдвиги в плотности хозяев, которые имеют сходные стратегии жизненного цикла и локальное время проживания, не обязательно формируют сборку сообществ патогенов. В то время как интерпретация взаимосвязей между риском биоразнообразия и заболеваний часто предполагает сильную роль плотности хозяев (например, Young et al., 2017), сообщества патогенов могут больше зависеть от других факторов, таких как межвидовые микробные взаимодействия.Например, приоритетные эффекты могут влиять на сборку дрожжевых сообществ в цветочном нектаре (Peay, Belisle, & Fukami, 2012) и сообщества листовых грибов на травах (Halliday, Umbanhowar, & Mitchell, 2017). Одним из ограничений при оценке риска заболевания конкретными патогенами в нашем исследовании является отсутствие данных об отсутствии инфекции. Кроме того, события передачи могут происходить в масштабе, превышающем масштабы исследуемых участков, в результате чего плотность травы на уровне участка может быть неточной оценкой давления передачи.

Как плотность естественных многолетних и неместных однолетних трав влияет на тяжесть болезни?

Хотя увеличение плотности травы не оказало значительного влияния на серьезность заболевания, доля местных листьев многолетних растений с повреждениями имела тенденцию к увеличению по сравнению с наблюдаемыми градиентами плотности. Несмотря на большую долю инфицированных листьев, средняя доля площади листьев с поражениями была неизменно низкой в ​​зависимости от плотности травы, что позволяет предположить, что плотность травы может влиять на количество раз, когда растения подвергаются воздействию патогенов, но не на возможность роста патогенов на каждой из них. растение.Отклонения наших результатов от сильной положительной связи между плотностью хозяев и серьезностью заболевания (Mitchell et al., 2002; I. M. Parker et al., 2015) могут быть объяснены различиями в сообществах растений. Высокое разнообразие хозяев в JRBP может препятствовать адаптации листовых грибковых патогенов к специфической защите хозяина (Mundt, 2002), делая патогены менее способными эксплуатировать местных хозяев и, в свою очередь, менее чувствительными к изменениям плотности любой конкретной группы хозяев. Действительно, процентное покрытие хозяев на различных старых полях не влияло на тяжесть болезни, вызванной наземными патогенами (Schmidt et al., 2020). Кроме того, влияние плотности может быть временным, что подтверждается ухудшением взаимосвязи между плотностью и тяжестью заболевания в конце вегетационного периода.

Выводы

Это исследование сообществ листовых грибковых патогенов и результирующей тяжести болезни на местных многолетних и неместных однолетних травах предполагает, что различия в истории жизни или времени местного проживания могут способствовать риску заболевания из-за различий в компетентности, но не за счет изменений в плотность. Мы не смогли проанализировать независимые эффекты жизненного цикла и времени местного проживания, но предыдущие исследования болезней растений предполагают, что оба жизненного опыта (Cronin et al., 2010) и эволюционная история (Gilbert & Webb, 2007; I. M. Parker et al., 2015) - сильные движущие силы компетентности. Однако наши результаты, вероятно, будут в целом релевантными, поскольку неместные растения с большей вероятностью будут однолетними и с меньшей вероятностью будут многолетними, чем местные растения (Разанаятово и др., 2016; Сазерленд, 2004). Эти результаты имеют значение для понимания воздействия инвазивных видов, которые могут вызывать исчезновение видов и формировать экологические сообщества (Doherty, Glen, Nimmo, Ritchie, & Dickman, 2016; Pyšek et al., 2012). Например, когда виды изначально вторгаются в сообщество, они могут влиять на общую плотность хозяев, изменяя распространенность болезни (Searle et al., 2016). Однако оцениваемые нами инвазивные виды хорошо известны, что позволяет предположить, что ожидаемое воздействие инвазивных видов на риск заболевания может быть более значительным на ранних этапах инвазий. Наше исследование демонстрирует, что состав сообщества хозяев может влиять на состав сообщества патогенов и тяжесть заболевания за счет различий в компетентности хозяев.

Вклад авторов

EAM и ERS разработали исследование, ERS и SCD провели полевые и лабораторные работы, AEK провела анализ и написала первый черновик рукописи, все авторы внесли свой вклад в исправления рукописи и одобрили окончательную версию.

Благодарности

Проект поддержан благотворительным фондом Джаспера Риджа Кеннеди, летней исследовательской стипендией Стэнфордского университета по бакалавриату для студентов-биологов, летней исследовательской стажировкой Bio-X и Стэнфордским университетом, повышающим интерес к науке и технике. (RISE) программа летней стажировки. Мы получили помощь в исследованиях и поддержку от Ноны Кьяриелло, Джо Ван, Филиппа Коэн, Тери Барри, Рубена Брандта, Джо Сертиха, Джоанны Фарнер, Стива Гомеса, Билла Гомеса, Стюарта Корец, Кэри Тронсон, Дивья Рамани, Райана Табиби, Эстер Лю, Сандья Калавачерла, Видья Рагвендра, Джейсон Чжоу, Вирджиния Парра, Клаудиа Амадео-Лют, Гуарика Дувар и Элизабет Уоллес.AEK и SLF были поддержаны наградой USDA номер 2017-67013-26870 в рамках совместной программы USDA-NSF-NIH «Экология и эволюция инфекционных заболеваний». EAM был поддержан грантом NSF «Экология и эволюция инфекционных заболеваний» (DEB-1518681), премией NIH Maximizing Investigators ’Research Award (1R35GM133439-01), стипендией факультета Хеллмана и премией Термана.

Патент США на полимерную композицию, содержащую этерифицированный крахмал и этерифицированную целлюлозу. Патент (Патент № 5,656,682, выданный 12 августа 1997 г.)

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к разлагаемым полимерным композициям, способным превращаться под действием тепла и давления в изделия, обладающие хорошей стабильностью размеров и физическими свойствами.Эти композиции содержат сложный эфир крахмала и сложный эфир целлюлозы.

Уровень техники

Современную жизнь значительно улучшают термопластичные полимерные материалы. Почти нет человеческих усилий, которые не затрагивались бы этими чрезвычайно полезными соединениями. Из них могут быть изготовлены прочные и долговечные изделия, которые улучшают здоровье и благополучие человека и по большей части чрезвычайно устойчивы к износу и атмосферным воздействиям. К сожалению, сами свойства устойчивости к износу и атмосферным воздействиям затрудняют утилизацию этих материалов.Кроме того, наиболее распространенные термопластические материалы получают из нефти, невозобновляемого ресурса. Добыча и переработка нефти также сопряжены с риском загрязнения.

Одним из решений проблем, связанных с обычными термопластичными полимерными материалами, является использование возобновляемого источника полимера, такого как крахмал, который содержится во многих овощных продуктах. Этот крахмал можно обрабатывать при повышенных температурах и давлениях с образованием расплава, как изложено в патенте США No. № 4673438, Wittwer et al., выданный 16 июня 1987 г., патент США. № 4738724, Wittwer et al., Выданный 19 апреля 1988 г., патент США. No. 41, Sachetto et al., Выданный 13 февраля 1990 г., и патент США No. № 5095054, Lay et al., Выдан 10 марта 1992 г.

Такие расплавы крахмала обеспечивают изделия, обладающие превосходными свойствами для широкого диапазона применений, они быстро поддаются биологическому разложению и могут быть получены из ежегодно возобновляемых ресурсов.

Термин «биоразлагаемый» не имеет четкого определения в данной области. Некоторые термопластические материалы, которые просто разбираются на более мелкие, хотя и не поддающиеся биологическому разложению, термопластические куски с течением времени, были названы «биоразлагаемыми».«Биоразлагаемый» материал правильно определяется как материал, который «минерализуется» примерно с той же скоростью, что и органические вещества почвы, не оставляя синтетических, опасных или токсичных остатков.

«Минерализация» - это метаболическое преобразование органических соединений в природные газы, биомассу и неорганические компоненты.

«Компостируемый» материал - это биоразлагаемый материал, который распадается и превращается в гумус, при этом минерализация начинается в процессе компостирования и завершается во время конечного использования гумуса со скоростью, аналогичной естественной почвенной органике, не оставляя синтетических, опасных или токсичных вещества.

К сожалению, крахмальные расплавы сами по себе не всегда подходят для всех целей. Часто желательно добавлять другие полимеры для образования смеси или смеси с расплавом крахмала для улучшения некоторых желаемых свойств. Некоторые такие полимеры сами по себе не всегда поддаются биологическому разложению.

Соответственно, в данной области техники существует острая потребность в термопластичных полимерных смесях и смесях, которые являются полностью биоразлагаемыми. Предпочтительно, чтобы такие термопластичные полимерные материалы были полностью получены из возобновляемых природных ресурсов.

Кроме того, формованные изделия на основе крахмала могут демонстрировать недостатки, заключающиеся в относительно плохих физических свойствах в условиях высокой относительной влажности и относительно высокой склонности к охрупчиванию в условиях относительно низкой влажности.

Попытки преодолеть эти связанные с влажностью проблемы путем замены вышеупомянутого крахмала сложными эфирами кукурузного крахмала с низкой степенью замещения, которые обычно встречаются в крахмальной промышленности, как правило, были безуспешными, что часто приводило к получению слабых, хрупких, гидрофильных материалов. имеющий плохой баланс физических свойств.

Целью настоящего изобретения является преодоление, по меньшей мере частично, вышеупомянутых недостатков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предлагается композиция, полученная из расплава, содержащая сложный эфир крахмала и сложный эфир целлюлозы.

Этерифицированный крахмал может быть выбран из группы, состоящей из сложных эфиров C 2 -C 22 -крахмала, и более предпочтительно из группы, состоящей из ацетатов крахмала, пропионатов крахмала, бутиратов крахмала, пентаноатов крахмала и гексаноатов крахмала, и их смеси.

Сложный эфир крахмала может быть смешанным сложным эфиром, т.е. имеющим различные виды сложноэфирных групп, присоединенных к одной и той же молекуле, которые получают, например, реакцией крахмала со смешанным ангидридом кислоты или смесью различных ангидридов кислот. Такой смешанный ангидрид кислоты может быть, например, ангидридом кислоты, полученным из уксусной кислоты и пропионовой кислоты; смесь различных ангидридов кислот может быть, например, смесью ангидрида уксусной кислоты и ангидрида пропионовой кислоты.

Этерифицированный крахмал, используемый в данном изобретении, может быть получен из крахмала, полученного из картофеля, риса, тапиоки, кукурузы, гороха, ржи, овса и пшеницы с соответствующим известным содержанием амилозы.Однако содержание амилозы в крахмале предпочтительно составляет, по меньшей мере, около 50% по массе по отношению к крахмалу.

Этерифицированная целлюлоза, присутствующая в композиции согласно настоящему изобретению, может быть выбрана из группы, состоящей из сложных эфиров целлюлозы от C 2 до C 22, и более предпочтительно выбрана из группы, состоящей из ацетатов целлюлозы, пропионатов целлюлозы, целлюлозы. бутираты, пентаноаты целлюлозы и гексаноаты целлюлозы и их смеси.

Сложный эфир целлюлозы может быть получен реакцией целлюлозы со смешанным ангидридом кислоты или со смесью различных ангидридов кислот.

Композиция может дополнительно включать один или несколько членов, выбранных из группы, состоящей из наполнителей; наполнители; материалы на основе древесины; оксиды магния, алюминия, кремния и титана; смазочные материалы; смазки для форм; пластификаторы; стабилизаторы; красители; антипирены; борсодержащие соединения; соли щелочных и щелочноземельных металлов; термостабилизаторы; и ускорители течения расплава; и их смеси.

Композиция может дополнительно включать по меньшей мере один гидрофобный термопластичный полимер, который практически нерастворим в воде.

Изобретение, кроме того, обеспечивает композицию в соответствии с данным изобретением при формовании изделий, например бутылок, нитей, листов, пленок, упаковочных материалов, трубок, чашек, стержней, ламинированных пленок, мешков, пакетов, фармацевтических капсул, пен, гранулятов и порошков. с помощью процесса, включающего литье под давлением, компрессионное формование, пленку, выдувное формование, вакуумное формование, термоформование, экструзию, экструзионное формование, соэкструзию, вспенивание, экструзию профиля и их комбинации.

Изобретение, кроме того, обеспечивает композицию по настоящему изобретению в форме расплава.

Изобретение также относится к способу образования указанного расплава, включающему нагревание сложного эфира крахмала и сложного эфира целлюлозы, необязательно в присутствии пластификатора, до повышенной температуры и пластификации нагретой таким образом композиции до получения однородного расплава.

Настоящее изобретение также относится к применению сложного эфира целлюлозы в качестве термопластичного компонента в композиции, полученной из расплава, содержащего сложный эфир крахмала.

Настоящее изобретение станет более очевидным из следующего описания, взятого вместе с прилагаемыми примерами и прилагаемой формулой изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение обеспечивает композицию, полученную из расплава, содержащую сложный эфир крахмала и сложный эфир целлюлозы.

Этерифицированный крахмал выбран из группы, состоящей из сложных эфиров крахмала с С 2 по С 22, и предпочтительно представляет собой сложные эфиры крахмала с С 2 по С 8.Особенно предпочтительно, чтобы этерифицированный крахмал представлял собой ацетат крахмала, пропионат крахмала, бутират крахмала, пентаноат крахмала и / или гексаноат крахмала, и / или их смесь. Наиболее предпочтительными являются сложные эфиры, содержащие более 2 атомов углерода в алкилкарбонильном остатке.

Сложный эфир крахмала может быть смешанным сложным эфиром, содержащим по меньшей мере два разных типа алкилкарбонильных групп (т.е. разной длины) в одной и той же молекуле, и как таковой может быть таким, как полученный реакцией крахмала со смешанным ангидридом или со смесью различных ангидридов кислот.

Наиболее предпочтительно, чтобы такие смешанные сложные эфиры крахмала содержали по меньшей мере два члена, выбранных из группы, состоящей из остатков ацетата, пропионата, бутирата, пентаноата, гексаноата, гептаноата и октаноата, связанных с одной и той же молекулой.

Особенно предпочтительные диэфиры крахмала содержат как ацетатные, так и пропионатные группы, или как ацетатные, так и бутиратные группы, или как пропионатные, так и бутиратные группы, или как пентаноатные, так и бутиратные группы, связанные с одной и той же молекулой.

В случае сложных диэфиров крахмала соотношение типов сложноэфирных групп, содержащихся в сложном эфире крахмала, может сильно варьироваться, но предпочтительно находится в диапазоне от примерно 1: 1 до примерно 1:20.

Степень полного замещения этерифицированного крахмала составляет от примерно 1,5 до примерно 2,9, и более предпочтительно, чтобы степень замещения составляла от примерно 1,8 до примерно 2,9, независимо от типа замещения. Наиболее предпочтительная степень замещения составляет от примерно 1,8 до примерно 2,5.

Примеры сложных эфиров крахмала приведены в таблице 1.

 ТАБЛИЦА 1
     ______________________________________
                                     степень
     Пример №тип крахмала сложноэфирный тип
                                     подмена
     ______________________________________
     1. ацетат кукурузы 1,75
     2. ацетат кукурузы 2,58
     3.пропионат кукурузы
                                     1,84
     4. пропионат кукурузы
                                     2,47
     5. Hylon VII * ацетат 1,83
     6. Hylon VII * ацетат 2.35
     7.Hylon VII * ацетат 2,81
     8. Хилон VII * пропионат
                                     1,89
     9. Хилон VII * пропионат
                                     2,55
     ______________________________________
      * Hylon VII - кукурузный крахмал с высоким содержанием амилозы и содержанием амилозы около
      70% продается компанией National Starch and Chemical Co, США.

Примеры смешанных сложных эфиров крахмала приведены в таблице 2.

 ТАБЛИЦА 2
     ______________________________________
                                          соотношение
                             сложный эфир сложный эфир сложный эфир 1
            крахмал амилоза тип тип: общий
     Бывший.№
            тип содержание (1) (2) сложный эфир 2
                                                DS *
     ______________________________________
     10. кукуруза 27% ацетат
                                   pro'ate
                                          25:75 2.36
     11. кукуруза 27% ацетат
                                   pro'ate
                                          50:50 1.85
     12. кукуруза 27% ацетат
                                   pro'ate
                                          75:25 1.60
     13. кукуруза 27% ацетат
                                   pro'ate
                                          05:95 1,82
     14. кукуруза 27% ацетат
                                   But'ate
                                          40:60 2.05
     15. кукуруза 27% ацетат
                                   But'ate
                                          95:05 2,59
     16. кукуруза ** 70% ацетат
                                   pro'ate
                                          25:75 2.06
     17. кукуруза ** 70% ацетат
                                   pro'ate
                                          50:50 1.84
     18. кукуруза ** 70% ацетат
                                   pro'ate
                                          75:25 1.77
     19. кукуруза ** 70% ацетат
                                   But'ate
                                          05:95 1.87
     20. кукуруза ** 70% ацетат
                                   But'ate
                                          40:60 2.06
     21. кукуруза ** 70% ацетат
                                   But'ate
                                          95:05 2,73
     ______________________________________
      * = степень замещения
      pro'ate = пропионат
      кукуруза ** = Хилон VII
      but'rate = бутират
 

В рамках данного изобретения для получения этерифицированного крахмала может быть использован любой тип коммерчески доступного крахмала, такой как нативный крахмал, выбранный из картофеля, риса, тапиоки, кукурузы, гороха, ржи, овса и пшеницы.Крахмалы, которые имеют пониженную молекулярную массу в силу их термомеханического или химического расщепления, также подходят для использования в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительно, чтобы содержание амилозы в любом таком подходящем крахмале составляло, по меньшей мере, примерно 50% и предпочтительно было выше, чем это, обычно превышающее примерно 70% по массе по отношению к крахмалу.

Наиболее подходящим крахмалом является генетически модифицированный кукурузный крахмал с высоким содержанием амилозы, Hylon VII, имеющий содержание амилозы около 75%, доступный от National Starch and Chemical Company, Finderne Avenue, Bridgewater, N.J. 08807, США. Такой крахмал впоследствии этерифицируют, например ацетилированный или пропионированный до степени замещения не менее 1,5. и предпочтительно 1,8.

Особенно подходящим этерифицированным высокоамилозным крахмалом является ацетилированный или пропионированный Hylon VII, предпочтительно пропионированный, до степени 2,3.

Сложные эфиры целлюлозы, присутствующие в композиции по настоящему изобретению, выбираются из группы, состоящей из сложных эфиров целлюлозы от C 2 до C 22, и более предпочтительно выбираются из группы, состоящей из C.от 2 до 8 эфиров целлюлозы.

Такие предпочтительные сложные эфиры целлюлозы включают ацетаты целлюлозы, пропионаты целлюлозы, бутираты целлюлозы, пентаноаты целлюлозы и гексаноаты целлюлозы и их смеси.

Сложный эфир целлюлозы может быть получен реакцией целлюлозы со смешанным ангидридом кислоты или со смесью различных ангидридов кислот, аналогично тому, как описано выше для сложных эфиров крахмала.

Предпочтительные такие смешанные сложные эфиры целлюлозы содержат по меньшей мере два члена, выбранных из группы, состоящей из ацетата, пропионата, бутирата, пентаноата, гексаноата, гептаноата и октаноата, и, например, содержат как ацетатную, так и пропионатную группы, связанные с общей молекулой целлюлозы, или как ацетатная, так и бутиратная группы, связанные с общей молекулой целлюлозы, или как пропионатная, так и бутиратная группы, связанные с общей молекулой целлюлозы, или как пентаноатная, так и бутиратная группы, связанные с общей молекулой целлюлозы.

Соотношение заместителей в смешанных сложных эфирах целлюлозы сильно варьируется, но в случае сложных диэфиров обычно варьируется от 1: 1 до 1:20.

Степень замещения сложных эфиров целлюлозы сильно варьируется, но обычно составляет от примерно 1,5 до примерно 2,9, более предпочтительно от примерно 1,8 до примерно 2,9 и наиболее предпочтительно от примерно 1,8 до примерно 2,5.

Примеры сложных эфиров целлюлозы приведены в таблице 3.

 ТАБЛИЦА 3
     ______________________________________
                            Степень
     Пример типа сложного эфира
                            подмена
     ______________________________________
     22.ацетат 1,85
     23. ацетат 2,00
     24. ацетат 2,45
     25. ацетат 2,50
     26. ацетат 2,80
     ______________________________________
 

Примеры смешанных сложных эфиров целлюлозы приведены в таблице 4.

 ТАБЛИЦА 4
     ______________________________________
                                     Соотношение
               Тип сложного эфира Тип сложного эфира
                                     эфир 1: 2
     Пример (1) (2) в% масс.
     ______________________________________
     27.ацетат пропионат
                                     0,5: 43
     28. ацетат пропионат
                                     1,0: 43
     29. ацетат пропионат
                                     2,5: 45
     30.ацетатбутират 2,0: 48
     31. ацетат бутират 12:37
     32. ацетат бутират 28:16
     ______________________________________
      * = степень замещения
 

Эфиры целлюлозы могут быть получены от Hoechst Celanese и под торговым наименованием Tenite от Eastman Kodak, U.S.A.

Хотя замещенные крахмалы с высоким содержанием амилозы, присутствующие в композициях по изобретению, являются термопластичными сами по себе, то есть в отсутствие добавленного пластификатора композиция, содержащая сложные эфиры целлюлозы, может предпочтительно дополнительно включать пластификатор, с помощью которого можно снизить температуру плавления композиции и их обрабатываемость улучшилась.

Пластификатор выбирается из известных пластификаторов, включая триацетат глицерина (триацетин), диметилфталат, диэтилфталат, дибутилфталат, дигексилфталат, ди-2-этилгексилфталат, ди-н-октилфталат, ди-изооктилфталат. -изонилфталат, диизодецилфталат, дициклогексилфталат, диметилциклгексилфталат, диметилгликольфталат, трихлорэтилфосфат, крезилдифенилфосфат, трифенилфосфат, три-крезилдифенилфосфат, трифенилфосфат, трикрезилфосфат, триацетил-2-цитрат, триацетил-2-цитрат бутилфталилбутилгликолят, ацетилированные моноглицериды, триэтилцитрат, диэтилсукцинат, диметилсебацинат, трибутилфосфат, ди-н-гексилазелат, диизооктилазелат, ди- (2-этилгексил) азелат, дикаприладипат, н- , п-толуолсульфонамид, диэтиленгликольдибензоат, дибензоат дипропиленгликоля и их смеси.

Наиболее предпочтительным пластификатором является триацетат глицерина, диметилсебекат, диэтилсукцинат, ацетилтриэтилцитрат, диэтилфталат или их смеси, которые могут присутствовать в композиции в количестве от примерно 5 до примерно 45% по массе по отношению к массе состав.

Композиция может дополнительно содержать наполнители; наполнители; материалы на основе древесины; оксиды магния, алюминия, кремния и титана; смазочные материалы; смазки для форм; пластификаторы; стабилизаторы; красители; антипирены; борсодержащие соединения; соли щелочных и щелочноземельных металлов; термостабилизаторы; и ускорители течения расплава; а также.их смеси.

Предпочтительными термостабилизатором и смазкой для форм являются соответственно бутилированный гидрокситолуол и стеарилстеарамид, которые могут присутствовать в композиции в количествах соответственно от примерно 0,01 до примерно 5% и от примерно 0,01 до примерно 2% по массе по отношению к компонент сложного эфира крахмала.

В одном варианте осуществления изобретения композиция дополнительно содержит нативный или химически модифицированный (неэтерифицированный) крахмал, выбранный из картофеля, риса, тапиоки, кукурузы, гороха, ржи, овса и пшеницы.

Дополнительные варианты осуществления изобретения включают композиции, которые содержат, предпочтительно в количестве до 40% от общей массы композиции, одно или несколько соединений, выбранных из группы водорастворимых и / или набухающих в воде полимеров.

Такие водорастворимые и / или набухающие в воде полимеры включают сополимеры алкенола, которые содержат звенья винилового спирта, а также алифатические звенья, такие как получаемые сополимеризацией винилацетата с элементом, выбранным из этилена, пропилена, изобутилена и / или стирола с последующим гидролиз группы сложного винилового эфира, в результате чего содержание гидроксильной группы таково, что сополимеризованный полимер является по меньшей мере набухающим в воде.

Еще дополнительные варианты осуществления изобретения включают композиции, которые содержат, предпочтительно в количестве до 60% по массе от всей композиции, один или несколько гидрофобных термопластичных полимеров, которые являются практически нерастворимыми в воде.

Указанный гидрофобный полимер предпочтительно содержит член, выбранный из группы, состоящей из гидроксильных, простых, кислотных, сложноэфирных и уретановых групп и их смесей, и включает сополимеры этилена / винилацетата, сополимеры этилена / винилового спирта, этилен. / сополимеры акриловой кислоты, сополимеры этилена / этилакрилата, сополимеры этилена / метакрилата, сополимеры полиуретана, сополимеры стирола / акрилонитрила; полиацетали и их смеси.

Особенно предпочтительно, чтобы гидрофобный полимер был выбран из группы, состоящей из сополимеров этилена и винилового спирта с содержанием этилена от примерно 10 до примерно 50 мол.%.

Способ приготовления расплава, из которого получена композиция по настоящему изобретению, включает нагревание по меньшей мере одного сложного эфира крахмала и по меньшей мере одного сложного эфира целлюлозы, необязательно в присутствии пластификатора, до повышенной температуры и пластификации нагретой таким образом композиции до однородного расплава. получается.

Изобретение станет более очевидным из следующих примеров.

ПРИМЕРЫ

Была изготовлена ​​серия отлитых под давлением образцов для испытаний с использованием ацетата кукурузного крахмала Hylon VII со степенью замещения 2,35 в соответствии с таблицей 1, примером 6. Hylon VII смешивали с ацетатом целлюлозы в соответствии с таблицей 3, примером 23 в различных соотношения. Были проведены измерения равновесного содержания воды, модуля Юнга и прочности на разрыв (различные свойства при относительной влажности 10%, относительной влажности 50% и относительной влажности 90%).Неожиданное превосходство смесей над несмешанным крахмальным материалом изложено ниже.

ПРИМЕР 1
 ______________________________________
     Состав 1:
     Ацетат Hylon VII, DS 2.35 (Таблица 1, Пример 6)
                                769 деталей
     Триацетин 231 часть
     BHT 5 частей
     Кемамид S-180 3 части
     Состав 2:
     Ацетат Hylon VII, DS 2.35 700 деталей
     ацетат целлюлозы, DS 2,00 (Таблица 3, Пример 23)
                                100 частей
     Триацетин 200 частей
     BHT 5 частей
     Кемамид S-180 3 части
     ______________________________________
     Результаты: Состав 1
                               Состав 2
     ______________________________________
     Относительная влажность 10%:
     содержание воды (%)
                    0.4 0,4
     Модуль Юнга (psi)
                    242'900 401'200
     напряжение при разрыве (фунт / кв. дюйм)
                    3'226 3'824
     Относительная влажность 50%:
     содержание воды (%)
                    1.6 1,7
     Модуль Юнга (psi)
                    206'100 350'600
     напряжение при разрыве (фунт / кв. дюйм)
                    2'006 3'293
     Относительная влажность 90%:
     содержание воды (%)
                    5.0 5,5
     Модуль Юнга (psi)
                    27'330 228'800
     напряжение при разрыве (фунт / кв. дюйм)
                    323 1659
     ______________________________________
 
ПРИМЕР 2
 ______________________________________
     Состав 3:
     Ацетат Hylon VII, DS 2.35 550 "
     ацетат целлюлозы, DS 2,00 (Таблица 3, Пример 23)
                                250 "
     Триацетин 200 "
     BHT 5 "
     Кемамид S-180 3 "
     Состав 4:
     Ацетат Hylon VII, DS 2.35 350 "
     ацетат целлюлозы, DS 2,00 (Таблица 3, Пример 23)
                                400 "
     Триацетин 250 "
     BHT 5 "
     Кемамид S-180 3 "
     ______________________________________
     Результаты: Состав 3
                               Состав 4
     ______________________________________
     Относительная влажность 10%:
     содержание воды (%)
                    0.6 0,5
     Модуль Юнга (psi)
                    497 000 379 600
     напряжение при разрыве (фунт / кв. дюйм)
                    4854 5347
     Относительная влажность 50%:
     содержание воды (%)
                    2.1 1,8
     Модуль Юнга (psi)
                    417 300 427 700
     напряжение при разрыве (фунт / кв. дюйм)
                    4'117 5'996
     Относительная влажность 90%:
     содержание воды (%)
                    5.8 5,9
     Модуль Юнга (psi)
                    294 400 231 800
     напряжение при разрыве (фунт / кв. дюйм)
                    2095 2592
     ______________________________________
 

Аналогичные результаты получены при использовании сложного эфира кукурузного крахмала вместе со сложным эфиром целлюлозы, например.грамм. заменой сложного эфира Hylon VII из примеров аналогично замещенным сложным эфиром кукурузного крахмала. Аналогичные результаты были получены при использовании ацетата Hylon VII со степенью замещения 2,00.

Результаты показывают, что уже относительно небольшое количество сложного эфира целлюлозы, смешанного со сложным эфиром крахмала, значительно улучшает свойства смешанного материала, демонстрируя удивительный синергетический эффект.

Приведенные выше примеры демонстрируют экструзию и формование под давлением композиций по настоящему изобретению, которые могут быть сформированы в такие изделия, как бутылки, нити, листы, пленки, упаковочные материалы, трубы, чашки, стержни, ламинированные пленки, мешки, пакеты, фармацевтические капсулы. пены, грануляты и порошки с помощью процессов, которые включают литье под давлением, прессование, пленку, выдувное формование, вакуумное формование, термоформование, экструзию, экструзионное формование, соэкструзию, вспенивание, экструзию профиля и их комбинации.

Следует принять во внимание, что изобретение не предназначено для ограничения только приведенными выше примерами, многие его вариации и модификации возможны для специалиста в данной области без отклонения от объема изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения.

Динамика димера гликофорина A в мембранах нативного состава, обнаруженная с помощью моделирования крупнозернистой молекулярной динамики

Abstract

Мембраны являются центральными для клеток как границы с окружающей средой или определение внутриклеточных органелл.Они состоят из различных молекул, таких как различные виды липидов и стеринов, и содержат в себе их, и, как правило, они переполнены белками. Мембранная система очень динамична, и ее компоненты демонстрируют боковую, вращательную и поступательную диффузию. Следствием последнего является то, что разделение фаз может происходить в мембранах in vivo и in vitro . Было задокументировано, что молекулярно-динамическое моделирование идеализированной модели плазматической мембраны приводит к образованию участков мембраны, в которых либо насыщенные липиды и холестерин (жидкоупорядоченный характер, L o ), либо ненасыщенные липиды (жидко-неупорядоченный характер, L d ). были обогащены.Кроме того, текущие дискуссии поддерживают идею о том, что белки сортируются в жидкую неупорядоченную фазу модельных мембран, но экспериментальные подтверждения поведения изолированных белков в нативных мембранах скудны. Чтобы понять поведение белков, мы построили модель мембраны эритроцитов с интегрированным димером гликофорина А. Сортировка и динамика димера впоследствии были исследованы с помощью крупнозернистого молекулярно-динамического моделирования. Кроме того, мы исследовали влияние головных липидных групп и наличие холестерина внутри мембраны на динамику димера внутри мембраны.Мы наблюдали, что холестерин важен для образования участков мембраны с характером L o и L d . Более того, это важный фактор для воспроизведения динамического поведения белка, обнаруженного в его естественной среде. Димер белка сортировали исключительно в домен с признаком L d в модельной плазматической мембране эритроцитов. Поэтому мы представляем структурную информацию о распределении димера гликофорина A в плазматической мембране в отсутствие других факторов, таких как e.грамм. липидные якоря в крупнозернистом разрешении.

Образец цитирования: Flinner N, Schleiff E (2015) Динамика димера гликофорина A в мембранах нативного состава, обнаруженная с помощью моделирования крупнозернистой молекулярной динамики. PLoS ONE 10 (7): e0133999. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133999

Редактор: Л. Мишель Эспиноза-Фонсека, Университет Миннесоты, США

Поступила: 7 мая 2015 г .; Принята к печати: 4 июля 2015 г .; Опубликовано: 29 июля 2015 г.

Авторские права: © 2015 Flinner, Schleiff.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в пределах документ и вспомогательные информационные файлы к нему.

Финансирование: Этот проект финансировался Франкфуртским кластером передовых технологий «Макромолекулярные комплексы» (ES), SFB 807 P17 (ES), программой для выпускников TRAM (NF) и Deutsche Forschungsgemeinschaft (www.dfg.de). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Плазматические мембраны окружают живые клетки и состоят в основном из бислоя, состоящего из липидов, стеринов и трансмембранных белков. Основными липидами плазматической мембраны млекопитающих являются фосфо- и сфинголипиды, а также они содержат значительное количество стерол-холестерина [1,2].Наиболее распространенными липидами являются фосфолипиды фосфатидилхолин (PC), фосфатидилэтаноламин (PE), фосфатидилсерин (PS) и сфинголипид сфингомиелин (SM), который также несет головную группу фосфохолина [2]. Два мембранных листочка имеют различный состав: PS и PE перекачиваются аминофосфолипидной транслоказой к внутреннему листку мембраны [3], тогда как SM локализуется исключительно во внешнем листке [4]. Внутри одного листочка липиды претерпевают вращательную диффузию (вращение вокруг собственной оси) и латеральную диффузию вдоль плоскости мембраны [5].Коэффициент латеральной диффузии липидов находится в диапазоне от 10 −7 до 10 −8 см 2 с -1 , в то время как коэффициент диффузии трансмембранных белков составляет ~ 10 −9 см 2 с -1 на одну звездную величину ниже [6]. Также сообщалось о трансдвислойном перемещении липидов - также называемом flip-flop, однако диффузии между двумя листочками в основном помогают белки [7].

Вследствие диффузии его компонентов мембраны не являются гомогенными, и существуют различные домены с различным составом липидов, стеролов и белков [8].Одним из примеров таких доменов в плазматической мембране являются небольшие мембранные рафты, которые имеют размер всего 10–200 нм и представляют собой высокодинамичные структуры [9]. Они обогащены сфинголипидами, холестерином и белками, которые связаны с мембранным переносом и передачей сигналов [10].

В трехкомпонентных модельных мембранах, состоящих из холестерина, насыщенных и ненасыщенных фосфолипидов, фазовое разделение определяли с помощью ЯМР и флуоресцентной микроскопии [11]. Это явление может быть воспроизведено теоретическим подходом крупнозернистого (CG) молекулярно-динамического (MD) моделирования [12].В таких модельных мембранах образуются мембранные домены в жидкоупорядоченном (L o ) состоянии, содержащем насыщенные липиды и холестерин, и в жидком неупорядоченном (L d ) состоянии с ненасыщенными липидами [11,12]. С помощью конфокальной микроскопии и моделирования CG MD было обнаружено, что трансмембранные модельные пептиды α-спирали (пептид WALP) сортируются в мембранный домен с состоянием L d независимо от гидрофобной длины α-спирали модельного пептида [13] . Более того, моделирование CG MD показало, что сортировка трансмембранных пептидов в различные мембранные домены модифицируется присутствием липидного якоря в белке и в некоторой степени зависит от видов липидов, используемых для моделирования мембраны [14].

Важность понимания распределения липидов в различных мембранных доменах проистекает из того факта, что на функцию трансмембранного белка влияет мембранное окружение: некоторые белки имеют липид, нековалентно связанный с их поверхностью, что необходимо для стабилизации структуры или важно за их ферментативную функцию [15]. Более того, активность некоторых трансмембранных белков регулируется гидрофобной толщиной или внутренней липидной кривизной мембраны [16].Более того, некоторые белки даже ощущают состояние мембраны, чтобы передать эту информацию в регуляторную сеть клетки [2,17].

Поскольку взаимодействия между липидами и белками важны для функции и целостности мембран, известно несколько механизмов, позволяющих избежать неблагоприятных условий. Например, гидрофобное несоответствие между трансмембранным доменом белка и мембраной является энергетически невыгодным [18,19] и часто уравновешивается принятием толщины мембраны путем растяжения или сжатия ацильных цепей жирных кислот [20,21].С другой стороны, наблюдается наклон белков для уменьшения несоответствия для белков со слишком большой гидрофобной длиной [22]. Агрегация белков также является распространенным механизмом для снижения энергетического штрафа за несоответствие между мембраной и белком [23].

Недавно модель идеализированной плазматической мембраны была проанализирована CG MD [24]. Это исследование подтвердило, что холестерин совершает триггерные движения в мембране нативного состава, и показало, что холестерин чаще находится во внешнем листке.Примечательно, что это исследование предоставило первые доказательства того, что образование макроскопических доменов не происходит, но образуются небольшие мембранные домены, обогащенные насыщенными или ненасыщенными липидами [24].

Чтобы исследовать распределение белков в мембране нативного состава, мы построили модель плазматической мембраны эритроцитов (RBC) и вставили димер гликофорина A (GpA). GpA - один из самых распространенных белков плазматической мембраны эритроцитов [25,26]. Он содержит единственную трансмембранную α-спираль, и ее димеризация опосредуется мотивом GxxxG внутри трансмембранной спирали, как показано структурами ЯМР [27,28].Такой мотив является общим для димеризации многих трансмембранных белков [29]. Мы исследовали важность видов липидов, а также наличие холестерина для сортировки и динамики белка, моделируя различные мембранные формы. Мы подтверждаем, что холестерин и состав жирных кислот являются основными определяющими факторами для сортировки и динамики белка. Напротив, состав головной группы внутри мембраны не оказывает значительного влияния на белок и динамику мембраны.

Методы

Детали моделирования

Все моделирование проводилось с использованием GROMACS v4.5.5 [30] и крупнозернистого силового поля MARTINI 2.2 [31–34]. Для построения траекторий использовались стандартные параметры MARTINI. Для температурной привязки метод v-rescale (ref-t: 320 K, [35]) и для привязки давления - метод Парринелло-Рахмана (полуизотропный; tau-p: 12 пс; ref-p: 1 бар, [36] ]) был применен. Списки соседей имели отсечку 1,4 нм и обновлялись каждые 10 -го временных шагов.Несвязанные взаимодействия были отсечены при 1,2 нм (от 0,9 до 1,2 нм для потенциала Леннарда-Джонса и плавное переключение от 0,0 до 1,2 нм для кулоновского потенциала, эпсилон-r: 15), и был использован временной шаг 0,02 пс. В рукописи указано обычное время моделирования, оно НЕ умножалось на коэффициент 4, чтобы учесть ускорение, вызванное процедурой компьютерной графики [31,32].

Конструкция и состав мембраны

Состав плазматической мембраны эритроцитов был выбран на основании 1 и приведен в таблице 1.Компоненты с частотой ниже 3% не рассматривались. Параметры липидов, недоступные в стандартных липидных файлах MARTINI, были получены путем перемешивания жирных кислот и строительных блоков головной группы, метод, который был ранее установлен [24]. Чтобы представить различные свойства линкера PE-pl (на основе PE плазмалогена), который является единственным строительным блоком, который не указан в силовом поле липидов, с одной жирной кислотой, связанной через эфир, и другой через сложноэфирную группу. В целом липидное силовое поле Мартини обеспечивает химические строительные блоки, которые параметризованы для воспроизведения различных экспериментальных измерений, таких как e.грамм. разделение между водой и органической фазой (например, гексадеканом или октанолом) [32], имитирующее мембранную среду. Здесь метилформиат (C-O-C = O) моделируется с помощью гранулы типа N a , который также используется для линкера сложноэфирных липидов, а метоксиэтан (C-O-C 2 ) моделируется с помощью гранулы N o [32]. В соответствии с этим заданием мы смоделировали эфир с N a и сложный эфир с N 0 . Все остальные параметры (связанные и несвязанные) такие же, как для липидов PE.

Моделирование методом рассеяния и атомистической МД показывает, что гидроксильная группа холестерина предпочитает взаимодействие с кислородом фосфата в мембранах с эфирными липидами [37], в то время как для мембран со сложноэфирными липидами холестерин предпочитает взаимодействие с карбонилами сложного эфира основной цепи, как показано МД моделирования [38]. Это указывает на то, что холестерин расположен ближе к границе раздела с водой и меньше погружен в мембрану. При использовании гранул N типа для представления эфирных липидов можно было наблюдать, что взаимодействие с гранулами PO4 усиливается при моделировании CG MD в модельной мембране, содержащей эфирные фосфолипиды и холестерин, по сравнению с модельной мембраной, содержащей эфирные фосфолипиды и холестерин. холестерин.Кроме того, холестерин находится ближе к границе раздела с водой в мембране, содержащей липиды эфира (S1, фиг.).

Мембрана была сконструирована следующим образом. Мембрана с 510 DOPC и 490 холестерином, сольватированная 10 000 молекулами воды CG, была создана путем моделирования самосборки. Для создания нативной мембраны молекулы DOPC модельной мембраны были случайным образом заменены липидами, присутствующими в нативной мембране (Таблица 1), при этом было гарантировано, что липиды с разными головными группами расположены в правильной створке (PE, PE -pl и PS: внутри, SM: снаружи; PC и CHOL: оба).90 водных шариков заменяли на ионные шарики (NA +), чтобы получить систему с нулевым чистым зарядом. Все мембраны были минимизированы по энергии с последующим анализом MD с липидами с ограниченным положением. Наконец, мембрана моделировалась в течение 10 мкс для обеспечения самоорганизации липидов. Наконец, CG-структура ЯМР-структуры димера GpA [27] была вставлена ​​в модельную мембрану, и система была минимизирована по энергии с последующим анализом MD с ограниченным положением белком. Впоследствии было выполнено десять симуляций CG MD в течение 10 мкс с использованием различных случайных начальных чисел для генерации скорости без каких-либо ограничений положения.

Для системы с отсутствующим холестерином (nFA + головка) все молекулы холестерина были удалены из модели мембраны RBC, включая белок. Система для моделирования, в которой мембрана содержит только липиды ПК с нативными жирными кислотами и холестерином (nFA + CHOL), была создана путем замены всех головных групп обратно на ПК, и все ионы были заменены молекулами воды CG. Система для моделирования с мембраной, содержащей только нативные жирные кислоты (nFA), была получена из системы nFA + CHOL путем удаления молекул холестерина.Впоследствии все три вновь образованные системы были минимизированы по энергии и смоделированы для короткого MD-цикла, когда димер белка ограничен положением. Полученный липидный состав трех систем приведен в таблице S1.

И снова каждая из этих систем моделировалась десять раз с разными случайными начальными числами.

Анализ траекторий

Все траектории были проанализированы с помощью различных инструментов GROMACS [30] и YASARA [39]. Как правило, для анализа использовались кадры, полученные каждые 50 нс.ЯСАРА использовалась, например, для визуализации системы и для считывания положения швов и определения расстояний между швами. Для построения профиля плотности мембраны использовался инструмент g_de density . Распределение молекул холестерина в створке определяли на основании положения его гранулы ROH (гидроксильная группа) относительно положения гранул липидного линкера.

Анализ посещенных интерфейсов димера GpA был выполнен, как описано [40], вкратце: для каждого кадра была построена карта контактов, сохраняющая возникающие остаточные контакты.На основе этих карт контактов была рассчитана матрица расстояний с использованием различия в кости для выполнения кластеризации и группировки одних и тех же интерфейсов. Частотные векторы, полученные в результате кластеризации различных условий, сравнивались с использованием коэффициента корреляции Пирсона.

Инструмент g_rdf использовали для получения расстояний различных гидратных оболочек вокруг белка. Считалось, что липид находится в первой / второй / третьей гидратной оболочке белка, если расстояние от него до белка меньше 0.658 / 0,918 / 1,178 нм по локальным минимумам функции радиального распределения. Затем полученный состав этих гидратных оболочек сравнивали с общей частотой липидов в соответствующем листочке. Уже в течение первых 0,5 мкс липиды, которые окружают белок, были заменены и различаются между десятью моделированиями (S2, рис.). Чтобы определить время, в течение которого липид был максимально связан с белком (здесь кадры, полученные каждые 0,5 нс, где использовались для анализа), липид считали связанным в течение времени, когда расстояние до него было меньше 0.658 нм. 2D-карты плотности областей, обогащенных или обедненных холестерином, липидами с насыщенными и мононенасыщенными жирными кислотами и липидами с полиненасыщенными жирными кислотами, были созданы с использованием инструмента g_densmap для мониторинга плотности в течение периода времени в окне 2 мкс в плоскости xy. окна моделирования. Чтобы визуализировать, какие области совместно локализуются, три карты были объединены: на объединенной двухмерной карте плотности указаны только те области, которые обогащены одним классом молекул. Область считается обогащенной, если плотность в этой точке составляет не менее 2/3 максимальной плотности этой молекулы во всем боксе.Области, обогащенные холестерином и липидами с насыщенными / мононенасыщенными жирными кислотами, обозначены четвертым цветом. Поперечная диффузия рассчитывается с помощью инструмента g_msd , полученные значения не корректируются специальным коэффициентом.

Результаты и обсуждение

Модель плазматической мембраны эритроцитов

Мы построили модель плазматической мембраны эритроцитов с интегрированным димером GpA (рис. 1А; методы) для исследования динамики системы и ее компонентов.Модельная мембрана содержит холестерин, PC, SM, PS, PE, а также липиды PE-pl с жирными кислотами, которые являются общими для соответствующей головной группы в соотношениях согласно Leidl и соавторам [1]. Незначительные липидные компоненты (менее 3%), такие как, например, фосфатидилинозит (PI), не были включены в модель. Различные липиды были асимметрично распределены по мембране в соответствии с распределением в нативной мембране [3,4]. Здесь PE, PE-pl и PS были расположены исключительно во внутренней створке, SM был включен исключительно в наружную створку, а PC присутствует в обеих створках, но с более высокой частотой во внешней створке (Таблица 1).В начале моделирования холестерин был равномерно распределен по обеим листочкам. Из-за высокой частоты триггерного движения холестерина во время моделирования 10 мкс (рис. 1B) холестерин неравномерно распределяется между обеими створками, как показано профилем плотности мембраны (рис. 1C). В среднем внешний листок содержит ~ 274, а внутренний ~ 190 молекул холестерина после уравновешивания, в то время как оставшиеся молекулы холестерина расположены в гидрофобном ядре мембраны.Этот дисбаланс в распределении холестерина также наблюдали Ингольфссон с соавторами [14]. В согласии с тем, что частота триггеров холестерина имеет полупериод <1 с, как определено экспериментами [41]. Таким образом, возможно, что переворот, определенный здесь с использованием силового поля Мартини, может быть слишком быстрым, хотя это согласуется с предыдущими исследованиями моделирования.

Рис. 1. Модель плазматической мембраны эритроцитов.

(A) Показана собственная мембранная система в симуляторе после 10 мкс симуляции.Все молекулы воды удалены для наглядности. Белок показан в виде палочек (роза). Для липидов отображается только одна гранула: для холестерина (CHOL) гранула ROH (гидроксильная группа (серый), для ПК (синий), SM (зеленый), PS (красный), PE (оранжевый) и PE-pl (желтый) одна гранула липидного линкера (GL1 или AM1). Круговая диаграмма отображает состав нативной мембраны. Внешнее кольцо соответствует головной группе, а внутреннее кольцо - жирной кислоте. Поскольку холестерин не содержит классических жирных кислот кислота, отображается только одно кольцо.(B) Положение шарика ROH репрезентативной молекулы холестерина во время моделирования нативной мембраны. Темно-серые области указывают положение (среднее ± 2 * стандартное происхождение) липидного скелета (гранула GL1 PE 16: 0/18: 1 для внутренней створки и гранула AM1 SM для внешней створки). (C) Профиль плотности через нативную мембрану для одного репрезентативного моделирования. Для всех липидов показана плотность крайних гранул (холестерин: ROH; PC и SM: NC3; PS: CNO; PE и PE-pl: Nh4).Цветовой код приведен в A.

.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133999.g001

Ранее толщина гидрофобного ядра и расстояние между липидными головными группами плазматической мембраны эритроцитов были экспериментально определены как 2,5 нм и 4,8 нм. соответственно [42]. Эти значения хорошо согласуются с расстояниями, извлеченными из профиля плотности моделируемой мембраны. Мы определили среднее расстояние 2,9 нм между гидроксильными гранулами (ROH) холестерина и 4.5–4,9 нм между головными группами фосфо- и сфинголипидов (рис. 1C). Более того, латеральная диффузия липидов (2,05 * 10 -7 см 2 / с) и белка (6,14 10 -8 см 2 / с), наблюдаемая при моделировании, хорошо согласуется с экспериментальными данными. значения, которые также изменяются на один порядок величины (диффузия липидов в природных мембранах ~ 10 -8 и диффузия для мембранных белков ~ 10 -9 ; [6]). В совокупности смоделированная система воспроизводит экспериментально определенные значения и, таким образом, пригодна для исследования свойств плазматической мембраны эритроцитов и димера GpA в ней.

Белково-белковое взаимодействие

После создания модели мембраны эритроцитов мы исследовали динамику белка. Первоначально мы проанализировали стабильность интерфейса ЯМР в течение всего времени моделирования 10 мкс в модели мембраны RBC и определили, какие перестройки могут наблюдаться. Мы выполнили десять симуляций всей системы с разными случайными начальными числами. Действительно, во всех десяти симуляциях наблюдается перестройка интерфейса ЯМР (рис. 2А) и возникают дополнительные интерфейсы.Идентификация различных интерфейсов для GpA не является неожиданной и также наблюдалась с помощью других подходов: большое пространство интерфейса димера для GpA наблюдалось с помощью подхода поверхностного моделирования [43], и несколько интерфейсов были предсказаны с помощью моделирования Монте-Карло, чтобы существовать в мембранно-имитирующая среда [44].

Рис. 2. Динамика белка в плазматической мембране эритроцитов.

(A) Для всех десяти симуляций модели плазматической мембраны эритроцитов (нативной) присутствие интерфейса ЯМР для каждой временной точки отображается серым цветом.(B) Показана частота частых кластеров интерфейса (частота более 10% во всех симуляциях) из всех десяти симуляций на мембрану (nFA (красный), nFA + CHOL (зеленый), nFA + head (синий), нативный ( желтый)). Количество симуляций, в которых был идентифицирован соответствующий интерфейс, указано внизу каждого кластера (в серой шкале). (C) Снимок экрана репрезентативных структур из кластера 86 (слева) и кластера 40 (справа), а в середине показано структурное выравнивание. На скриншоте слева и справа основные остатки интерфейса выделены красным, а в структурном выравнивании (кластер 86… темно-серый, кластер 40… серый) остатки мотива GxxxGxxxT выделены для ориентации.Кроме того, для структуры кластера 86 указаны расстояния между атомами глициновой и треониновой основной цепи интерфейса GxxxGxxxT. (D) Время выживания (ось x) интерфейса ЯМР после его появления в моделировании (либо в начале, либо в преобразованием во время моделирования) нанесен на график зависимости от вероятности присутствия интерфейса ЯМР для всех четырех мембранных систем.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133999.g002

Как и ожидалось, интерфейс ЯМР (обозначенный здесь как кластер 86;) происходит с высокой частотой, что и ожидалось, потому что все моделирование было начато с этого структура (рис 2Б).Интересно, что мы наблюдали второй интерфейс во всех десяти симуляциях с высокой общей частотой (кластер 40; рис. 2B). Оба интерфейса занимают разные стороны спирали и имеют разные места для ключей, которые образуют интерфейс (рис. 2C). Интерфейс кластера 40 наблюдался с очень низкой частотой при моделировании самосборки длительностью 10 мкс в мембранах чистой модели ПК на этом интерфейсе ([40], S3 Рис.). Это вызвало вопрос, имеют ли головные группы или холестерин большое влияние на структуру и стабильность интерфейса.Таким образом, мы проанализировали систему, в которой все головные группы были заменены холином (nFA + CHOL), систему без холестерина (nFA + head) и систему без холестерина и только с головными группами холина. Последний представляет собой мембрану из чистого ПК с нативным составом жирных кислот (нЖК).

В отличие от нативной мембраны, где реформация интерфейса ЯМР наблюдалась только один раз после того, как она исчезла в течение по крайней мере 0,5 мкс (рис. 2A), это событие чаще наблюдается в мембранах, в которых отсутствует холестерин (S3, рис.).Действительно, в различных мембранах наблюдались разные частоты интерфейса. Принятые интерфейсы димера GpA в нативной мембране наиболее сопоставимы с интерфейсами мембраны nFA + CHOL (рис. 2B; корреляция: 0,80). Кроме того, принятые интерфейсы похожи для обеих мембран, в которых отсутствует холестерин (nFA + головка и nFA; рис. 2B; корреляция: 0,95), и наиболее частый интерфейс (кластер 9) также является одним из наиболее частых интерфейсов при моделировании самосборки в мембраны модели чистого ПК, в которых также отсутствует холестерин ([40], S3 Рис.).Эти результаты показывают, что холестерин оказывает большое влияние на предпочтительный интерфейс белка.

Помимо предпочтительного интерфейса, на стабильность интерфейса ЯМР влияет холестерин (рис. 2D). В присутствии холестерина время до тех пор, пока интерфейс ЯМР не перестроится в другой интерфейс, как правило, больше, чем при моделировании без холестерина (рис. 2D). В строке in vitro FRET также показано, что фракция димера GpA выше в мембранах модели ПК, содержащих холестерин, чем в мембранах чистой модели ПК [45].Таким образом, моделирование воспроизводит биологическое поведение димера. Вызывается ли эта стабилизация интерфейса ЯМР структурной стабилизацией холестерина или просто отражает более медленную диффузию липидов в мембранах с холестерином, в дальнейшем не исследуется (2,05 / 2,43 * 10 -7 см 2 / с (нативное / nFA + CHOL) по сравнению с 8,74 / 9,38 * 10 −7 см 2 / с (по сравнению с nFA + напор / nFA)).

Белково-липидное взаимодействие

Сосредоточив внимание на взаимодействии белка с липидами и холестерином, становится очевидным, что холестерин прикрепляется к белку в течение длительного времени по сравнению с другими липидами створки (рис. 3A), и доказано, что эти молекулы холестерина свободно диффундируют в белок и не прикреплены к белку в начале моделирования (S5 фиг.).Кроме того, холестерин является предпочтительным в первой гидратной оболочке вокруг белка на обоих листочках (рис. 3В). Это поведение не зависит от распределения головных липидных групп, поскольку тот же результат наблюдается для мембраны PC + CHOL (S6 и S7, фиг.). Эти данные хорошо согласуются с экспериментальным наблюдением, что в везикулах, содержащих DMPC и холестерин, последний обогащен вблизи GpA [46,47]. Более того, наблюдаемая близость холестерина к трансмембранной области соответствует влиянию холестерина на динамику белка (рис. 2).Анализируя, какие остатки взаимодействуют с липидами, мы заметили, что гранулы боковой цепи V84 и I88 почти в течение всего времени моделирования (> 95%) взаимодействуют с холестерином, явление, которое не наблюдается для других липидов и других остатков белка. Интересно, что оба остатка фланкируют мотив GxxxGxxxT интерфейса ЯМР, и оба остатка способны взаимодействовать с одной молекулой холестерина (S8 фиг.), Что часто обнаруживается во время моделирования. Оба остатка не участвуют в интерфейсе, который образуется в кластере 40 (фиг. 2C).

Рис. 3. Взаимодействие липидов и белков в плазматической мембране эритроцитов.

(A) Максимальное время (ось Y), когда липид находится рядом с белком, для каждого из десяти моделей нанесено на график для различных видов липидов. Головная группа приведена ниже, жирная кислота обозначена цветом. Липиды внешнего и внутреннего листочка показаны отдельно. (B) На графике показаны первая (расстояние <0,658 нм), вторая (0,658 нм <расстояние <0,918 нм) и третья (0,918 нм <расстояние <1,178 нм) гидратная оболочка вокруг белка для внешней (верхняя часть круга) и внутренний листочек (нижняя часть круга).Дана группа заголовков, а цвет этикетки указывает на жирную кислоту. Для каждого липида он указан в цветовом коде, если его присутствие в соответствующей гидратной оболочке увеличивается (зеленый) или уменьшается (красный) по сравнению с частотой содержания липидов в соответствующем листочке.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133999.g003

Время ассоциации липидов с белком зависит не только от присутствия холестерина в мембране, но и от свойств окружающих липидов соответствующий буклет.Время, когда холестерин прилегает к белку, короче во внутреннем листке, чем во внешнем (рис. 3А). То же самое наблюдается для мембраны nFA + CHOL, указывая на то, что это не головная группа, которая обеспечивает такое поведение. Зависимость от створок также наблюдается для фосфолипидов. Например, ПК, присутствующий во внешнем листке, длиннее в непосредственной близости от трансмембранного домена белка, чем ПК во внутреннем листке (рис. 3А). Более того, наблюдаемое обогащение ПК наружной створки (16: 0/18: 2) гидратной оболочкой пептида не наблюдается для ПК во внутренней створке (фиг. 3B).Кроме того, в мембранах, где отсутствует холестерин, обычно меньше времени (S6, рис.). Это предполагает, что время связывания липида с белком зависит от холестерина и состава жирных кислот соответствующей створки, что, в свою очередь, влияет на текучесть мембраны. Действительно, диффузия фосфолипидов медленнее во внешнем листке по сравнению с внутренним листком (таблица S2), что, скорее всего, вызвано более высоким содержанием холестерина. Кроме того, диффузия липидов с полиненасыщенными жирными кислотами выше по сравнению с липидами с насыщенными или мононенасыщенными жирными кислотами (таблица S2).Это предполагает, что возможно, что разные временные рамки, наблюдаемые для взаимодействия между белком и липидами, по крайней мере частично вызваны разными скоростями диффузии.

В отличие от образования интерфейса димера GpA, которое не зависело от головных липидных групп, мы поняли, что головные группы влияют на время взаимодействия липида с белком. Например, экспериментально определенное предпочтение GpA для PS по сравнению с PC [48] воспроизводится при моделировании, потому что во внутренней створке PS больше связан с белком, чем PC (Рис. 3A).Кроме того, мы наблюдали большую разницу в максимальном времени связывания пептида SM (16: 0/16: 0) в нативной мембране и соответствующего DPPC в мембране nFA + CHOL. Здесь DPPC показывает уменьшенное максимальное время связывания с белком (фиг. 3A, S6, фиг.), Что указывает на то, что головная группа (или, точнее, в данном случае: липидный скелет) играет роль a. Кроме того, во внутреннем листке нативной мембраны PE (16: 0/18: 1) показывает более высокое максимальное время ассоциации с белком, чем PC (16: 0/18: 1) (фиг. 3A).Опять же, это соответствует экспериментальному наблюдению, что GpA предпочитает головную группу PE над группой PC в однослойных пузырьках [49]. Интересно, что эта тенденция не наблюдается в мембране с отсутствующим холестерином (nFA + головка, S6 фиг.). Это указывает на то, что как головная липидная группа, так и присутствие холестерина влияют на взаимодействие с белком.

В поддержку идеи о том, что головная группа влияет на липидную ассоциацию с пептидом, мы не наблюдали увеличения встречаемости липидов с той же жирной кислотой, что и PE, при анализе плазматической мембраны эритроцитов (рис. 3B).В частности, заряженный липид PS не является предпочтительным и нежелательным в гидратной оболочке вокруг белка (рис. 3B). На первый взгляд это удивительно, поскольку было показано, что GpA, экстрагированный из мембран эритроцитов, содержит значительное количество молекул PS и что GpA сильно взаимодействует с монослоями, состоящими из липидов PS [50]. Однако, с одной стороны, PS в большом количестве присутствует во внутренней створке (таблица 1) и, таким образом, он все еще взаимодействует с пептидом, хотя присутствие в непосредственной близости от пептида сравнимо со средней плотностью в мембране.С другой стороны, время связывания PS с белком является вторым по величине для всех липидов внутренней створки (рис. 3A), что согласуется с высоким взаимодействием между липидом и пептидом. Тем не менее, наблюдаемое отсутствие обогащения PS рядом с белком согласуется с наблюдаемым снижением взаимодействия PS с GpA в присутствии липидов PE (смесь 1: 1) и, более того, с нарушением взаимодействия между GpA и PS при наличии холестерина (1: 1) в монослое [50].Следовательно, наше наблюдение, скорее всего, отражает нативную ситуацию в плазматической мембране эритроцитов. Более того, это подтверждает мнение о том, что головная группа влияет на взаимодействие между липидом и белком.

Как упоминалось ранее, белок предпочитает холестерин в своей первой гидратной оболочке. Кроме того, он также предпочитает полиненасыщенные липиды и избегает насыщенных липидов. Во внешней створке белок избегает насыщенного липида SM и предпочитает полиненасыщенный липид PC в своих первых трех гидратных оболочках (рис. 3B). Интересно, что это контрастирует со временем, когда одиночный липид находится рядом с белком, поскольку SM более связывается. чем с ненасыщенными липидами ПК (рис. 3А). Ситуация для внутренней створки сравнима, хотя она не содержит полностью насыщенных липидов: липиды PE, которые содержат только одну двойную связь (PE 16: 0 18: 1), встречаются реже в первые три гидратные оболочки белка.Напротив, липиды PE с большим количеством двойных связей немного обогащены первой гидратной оболочкой вокруг белка (рис. 3B). Это показывает, что жирная кислота имеет большое влияние на то, какой липид окружает белок, что согласуется с измерениями ЯМР, демонстрирующими, что GpA предпочитает ненасыщенные липиды насыщенным липидам в мембранах ПК [51]. Ситуация в трех других мембранах (nFA + CHOL, nFA + head, nFA) очень похожа на нативную мембрану. Насыщенные липиды уменьшаются в первых гидратных оболочках вокруг белка, а ненасыщенные липиды и холестерин (если присутствуют) увеличиваются (S7, фиг.).Это говорит о том, что именно жирная кислота влияет на липид, окружающий белок.

Итак, мы пришли к выводу, что оба компонента липидов - головная группа и жирные кислоты, состав жирных кислот листочка и содержание холестерина влияют на ассоциацию липида с белком. Подробный анализ различных проанализированных мембранных систем свидетельствует о большом влиянии жирных кислот. Однако мы поняли, что липиды, которые дольше всего взаимодействуют с белком, не обязательно являются липидами, которые обогащены гидратной оболочкой вокруг белка по сравнению с общей концентрацией в мембране.Становится очевидным, что наиболее распространенные компоненты мембраны, которыми являются холестерин и SM в случае внешней створки, а также холестерин и ФС во внутренней створке, взаимодействуют дольше всего. Напротив, обогащение гидратной оболочки вокруг белка зависит от липидов, а не от концентрации липидов (рис. 3B).

Образование доменов и сортировка белков

В идеализированных плазматических мембранах домены с характером L o и L d образуются во время моделирования CG MD [24].С одной стороны, мы показываем, что белок предпочитает ненасыщенные жирные кислоты в своей гидратной оболочке (рис. 3B), указывая на то, что он расположен в L d -подобном домене. С другой стороны, отдельные молекулы холестерина и насыщенных липидов, которые обычно обогащены доменом L o , дольше взаимодействуют с GpA, чем полиненасыщенные липиды (рис. 3A). образуются в модельной плазматической мембране эритроцитов с димером GpA, и в случае существования подобных доменов, в каком домене находится белок.Этот анализ представлял особый интерес, потому что нативная плазматическая мембрана эритроцитов, используемая здесь, имеет более высокое содержание холестерина, чем ранее опубликованная модель [24].

Как и в идеализированной плазматической мембране [24], мы также наблюдаем участки мембраны, обогащенные холестерином, используя модель мембраны эритроцитов. Кроме того, эти области также обогащены липидами с насыщенными и мононенасыщенными жирными кислотами, что демонстрирует формирование мембранных доменов с L o -подобным характером (рис. 4). Следовательно, оставшаяся часть симуляционного бокса обогащена липидами с полиненасыщенные жирные кислоты.Таким образом, с использованием реалистичной концентрации холестерина в участках мембраны эритроцитов с характером L d также формируются (фиг. 4A, S9, фиг.). Формирование доменов и сортировка белков во всех четырех мембранах).

Рис. 4. Формирование домена и сортировка белков в плазматической мембране эритроцитов.

(A) 2D-график плотности для одного репрезентативного моделирования плазматической мембраны эритроцитов в ходе моделирования, каждый график соответствует окну 2 мкс. Области, где находится белок, показаны красным.Области, которые обогащены холестерином (желтый), насыщенными и мононенасыщенными липидами (синий) или обоими (зеленый), образуют L o -подобный домен. Области, которые обогащены полиненасыщенными липидами, но не холестерином или насыщенными и мононенасыщенными липидами, показаны светло-серым цветом и образуют L d -подобный домен. Смесь всех липидов показана черным цветом, смесь холестерина и полиненасыщенных липидов показана серым цветом, а смесь полиненасыщенных, моно- и насыщенных липидов показана темно-серым.Области, не обогащенные липидами или белками, белые. (B) Карта плотности рассчитана после наложения последних 2 мкс всех десяти моделирований с траекториями, сосредоточенными на димере GpA. Карты плотности смеси для одиночных симуляций показаны на рис. S9 (C). Двумерный график плотности (слева, как на A) и наложение всех десяти симуляций (справа, как на B) для nFA + CHOL, nFA + головка и мембрана nFA для указанного временного окна. Для мембран без холестерина используются более короткие временные рамки, поскольку в противном случае наблюдается почти равное распределение всех липидов.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133999.g004

Домены L o и L d являются динамическими и собираются и разбираются в микросекундной шкале времени и перемещаются по всему блоку моделирования. Белок также диффундирует по всему блоку моделирования, но находится в L d -подобном домене (рис. 4A и 4B; S4, рис.). Этот результат согласуется с результатами моделирования модельных мембран, которые также показывают, что модельные пептиды распределяются в фазу L d во время моделирования CG MD [13].Присутствие различных головных групп в мембране не является существенным для образования участков, которые обогащены специальными жирными кислотами, поскольку такое же поведение наблюдается для мембраны nFA + CHOL (S9, фиг.). Это согласуется с наблюдением, что гликофорин A предпочитает жидкие фазы в модельных мембранах [52,53]. Как и ожидалось, домены L o и L d не наблюдаются в мембранах без холестерина (nFA + головка и nFA). Это подтверждает, что холестерин необходим для образования L o - и L d -подобных доменов в плазматической мембране эритроцитов, и согласуется с результатами, полученными на модельных мембранах, где холестерин необходим для полного разделения фаз [54] .Однако важно также отметить, что в плазматической мембране эритроцитов не происходит макроскопического разделения фаз, как это известно для модельных мембран. В соответствии с этим, область, окружающая белок, который обогащен насыщенными жирными кислотами, больше для холестеринсодержащих мембран по сравнению с мембранами без холестерина (S9C Рис.), Что указывает на то, что на самом деле белок предпочитает ненасыщенные жирные кислоты по соседству, даже если домен образование не происходит в отсутствие холестерина.

Заключение

Поведение модели плазматической мембраны эритроцитов, представленное здесь, хорошо согласуется с экспериментальными измерениями плазматической мембраны эритроцитов, имеющимися данными для белок-белковых и белок-липидных взаимодействий в ней и в модельных мембранах.В совокупности холестерин оказывает большое влияние на динамику белка, а также на предпочтительные границы раздела димеров, в то время как головная группа оказывает лишь незначительное, но измеримое влияние. В соответствии с этим, холестерин также является решающим компонентом для образования домена в насыщенных и ненасыщенных жирных кислотах, содержащих плазматическую мембрану. Модельный белок GpA предпочитает области, которые обогащены липидами с ненасыщенными жирными кислотами, что указывает на то, что в целом белки без липидного якоря сортируются в эти домены в плазматической мембране.Вместе с нашими предыдущими результатами о влиянии различных жирных кислот на образование димеров [40] мы пришли к выводу, что жирные кислоты и присутствие холестерина являются основными детерминантами, которые влияют на взаимодействие (и, скорее всего, функцию) белков в нативных мембранах без прямого каталитического воздействия. или структурная роль соответствующего белка. В модельных мембранах огромное количество белка может индуцировать образование домена [54], так ли это в случае нативных мембран, необходимо исследовать в будущем.Более того, будет интересно исследовать поведение белков с ганглиозидами и липидными якорями в нативной мембране, поскольку для модельных мембран показано, что эти якоря могут влиять на сортировку [14].

Благодарности

Мы благодарим С. Симма и О. Мируса за полезные обсуждения и критическое прочтение рукописи. Этот проект финансировался Франкфуртским кластером передового опыта «Макромолекулярные комплексы» (ES) и SFB 807 P17 (ES), а также программой для выпускников TRAM (NF).

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: NF ES. Проведены эксперименты: Н.Ф. Написал статью: Н.Ф. Э.С.

Список литературы

  1. 1. Leidl K, Liebisch G, Richter D, Schmitz G. Масс-спектрометрический анализ видов липидов циркулирующих кровяных клеток человека. Biochimica et Biophysica Acta - Молекулярная и клеточная биология липидов. 2008; 1781: 655–664.
  2. 2. Holthuis, Joost C M, Menon AK. Липидные ландшафты и трубопроводы в мембранном гомеостазе.Природа. 2014; 510: 48–57. pmid: 24899304
  3. 3. Заховски А., Дево П.Ф. Трансмембранные движения липидов. Experientia. 1990; 46: 644–656. pmid: 2193828
  4. 4. Мюллер П., Заховски А., Бойзар Ю., Дево П.Ф. Трансмембранная подвижность и распределение фосфолипидов в мембране бета-талассемических эритроцитов мыши. Биохим. Биофиз. Acta. 1993; 1151: 7–12. pmid: 8395215
  5. 5. Певица SJ, Nicolson GL. Жидкая мозаичная модель структуры клеточных мембран.Наука. 1972; 175: 720–731. pmid: 4333397
  6. 6. Едидин М. Вращательная и поступательная диффузия в мембранах. Анну. Rev. Biophys. Bioeng. 1974; 3: 179–201. pmid: 4371655
  7. 7. Контрерас Ф., Санчес-Магранер Л, Алонсо А., Гоньи Ф.М. Трансбилайное (флип-флоп) движение липидов и липидное скремблирование в мембранах. FEBS Lett. 2010; 584: 1779–1786. pmid: 20043909
  8. 8. Энгельман ДМ. Мембраны скорее мозаичны, чем текучие. ПРИРОДА. 2005; 438: 578–580.pmid: 16319876
  9. 9. Pike LJ. Определение рафтов: отчет о симпозиуме Keystone по липидным рафтам и функциям клеток. Журнал липидных исследований. 2006; 47: 1597–1598. pmid: 16645198
  10. 10. Саймонс К., Иконен Э. Функциональные рафты в клеточных мембранах. Природа. 1997; 387: 569–572. pmid:

    42
  11. 11. Витч С.Л., Полозов И.В., Гавриш К., Келлер С.Л. Жидкие домены в везикулах, исследованные методами ЯМР и флуоресцентной микроскопии. Биофизический журнал. 2004; 86: 2910–2922.pmid: 15111407
  12. 12. Risselada HJ, Marrink SJ. Молекулярная грань липидных рафтов в модельных мембранах. Proc. Natl. Акад. Sci. США, 2008 г .; 105: 17367–17372. pmid: 18987307
  13. 13. Schäfer LV, de Jong, Djurre H, Holt A, Rzepiela AJ, de Vries, Alex H и др. Упаковка липидов управляет сегрегацией трансмембранных спиралей в неупорядоченные липидные домены в модельных мембранах. Proc. Natl. Акад. Sci. США, 2011 г .; 108: 1343–1348. pmid: 21205902
  14. 14. де Йонг, Джурре Х., Лопес Калифорния, Марринк С.Дж. Молекулярный взгляд на сортировку белков в жидкостные мембранные домены, опосредованные ганглиозидами и липидными якорями. ФАРАДАЙСКИЕ ДИСКУССИИ. 2013; 161: 347–363. pmid: 23805749
  15. 15. Палсдоттир Х., Хант С. Липиды в структурах мембранных белков. Биохим. Биофиз. Acta. 2004; 1666: 2–18. pmid: 15519305
  16. 16. Филлипс Р., Урселл Т., Виггинс П., Сенс П. Новые роли липидов в формировании функции мембранных белков. ПРИРОДА. 2009; 459: 379–385.pmid: 19458714
  17. 17. Лос Д.А., Мурата Н. Текучесть мембраны и ее роль в восприятии сигналов окружающей среды. Биохим. Биофиз. Acta. 2004; 1666: 142–157. pmid: 15519313
  18. 18. Фаттал Д. Р., Бен-Шауль А. Молекулярная модель липид-белкового взаимодействия в мембранах: роль гидрофобного несоответствия. Биофизический журнал. 1993; 65: 1795–1809. pmid: 8298013
  19. 19. Duque D, Li X, Katsov K, Schick M. Молекулярная теория гидрофобного несоответствия между липидами и пептидами.J. Chem. Phys. 2002; 116: 10478.
  20. 20. де Планк М. Р., Грейтхаус Д. В., Кеппе Р. Э., Шефер Х., Марш Д. и др. Влияние гидрофобного несоответствия липид / пептид на толщину бислоев диацилфосфатидилхолина. Исследование 2H ЯМР и СОЭ с использованием разработанных трансмембранных альфа-спиральных пептидов и грамицидина А. Биохимия. 1998; 37: 9333–9345. pmid: 9649314
  21. 21. Холт А., Киллиан Дж. А. Ориентация и динамика трансмембранных пептидов: сила простых моделей.Европейский биофизический журнал с статьями по биофизике. 2010; 39: 609–621.
  22. 22. Страндберг Э., Оздиреккан С., Райкерс, Дирк Т. С., ван дер Вел, Патрик С. А., Коппе Р. Э. и др. Углы наклона трансмембранных модельных пептидов в ориентированных и неориентированных липидных бислоях, определенные с помощью твердотельного ЯМР 2H. Биофизический журнал. 2004; 86: 3709–3721. pmid: 15189867
  23. 23. Спарр Э., Эш В.Л., Назаров П.В., Райкерс, Дирк Т.С., Хемминга М.А. и др. Самоассоциация трансмембранных альфа-спиралей в модельных мембранах: важность ориентации спирали и роль гидрофобного несоответствия.J. Biol. Chem. 2005; 280: 39324–39331. pmid: 16169846
  24. 24. Ingolfsson HI, Melo MN, van Eerden, Floris J., Arnarez C, Lopez CA и др. Липидная организация плазматической мембраны. Журнал американского химического общества. 2014; 136: 14554–14559. pmid: 25229711
  25. 25. Таннер MJ. 1 Основные интегральные белки эритроцитов человека. Клиническая гематология Байера. 1993; 6: 333–356. pmid: 8043929
  26. 26. Пул Дж. Антигены эритроцитов на полосе 3 и гликофорин А.Blood Rev.2000; 14: 31–43. pmid: 10805259
  27. 27. Маккензи К. Р., Престегард Дж. Х., Энгельман Д. М.. Трансмембранный димер спирали: структура и значение. Наука. 1997; 276: 131–133. pmid: 85
  28. 28. Минеев К.С., Бочаров Е.В., Волынский П.Е., Гончарук М.В., Ткач Е.Н. и др. Димерная структура трансмембранного домена гликофорина А в липидной и детергентной средах. Acta Naturae. 2011; 3: 90–98. pmid: 22649687
  29. 29. Русь В.П., Энгельман Д.М.Мотив GxxxG: каркас для трансмембранной ассоциации спираль-спираль. J. Mol. Биол. 2000; 296: 911–919. pmid: 10677291
  30. 30. Пронк С., Палл С., Шульц Р., Ларссон П., Бьелкмар П. и др. GROMACS 4.5: высокопроизводительный и высокопараллельный набор инструментов молекулярного моделирования с открытым исходным кодом. Биоинформатика. 2013; 29: 845–854. pmid: 23407358
  31. 31. Марринк С.Дж., де Фрис, Алекс Х., Марк А.Е. Крупнозернистая модель для полуколичественного моделирования липидов. J. Phys. Chem. B. 2004; 108: 750–760.
  32. 32. Марринк С.Дж., Рисселада Х.Дж., Ефимов С., Тилеман Д.П., де Фрис, Алекс Х. Силовое поле MARTINI: крупнозернистая модель для биомолекулярного моделирования. J. Phys Chem B. 2007; 111: 7812–7824. pmid: 17569554
  33. 33. Марринк С.Дж., де Врис, Алекс Х., Харроун Т.А., Катсарас Дж., Уоссалл С.Р. Холестерин отдает предпочтение внутренним полиненасыщенным липидам. Журнал Американского химического общества. 2008; 130: 10- +.
  34. 34. де Йонг, Джурре Х., Сингх Г., Беннетт, Дрю В. Ф., Арнарес С., Вассенаар Т. А. и др. Улучшенные параметры для силового поля крупнозернистого протеина Мартини. J. Chem. Теория вычисл. 2013; 9: 687–697.
  35. 35. Бусси Дж., Донадио Д., Парринелло М. Каноническая выборка посредством масштабирования скорости. J Chem Phys. 2007; 126: 014101. pmid: 17212484
  36. 36. Парринелло М., Рахман А. Полиморфные переходы в монокристаллах: новый метод молекулярной динамики. J. Appl. Phys. 1981; 52: 7182.
  37. 37.Пан Дж., Ченг Х, Хеберле Ф.А., Мостофиан Б., Кучерка Н. и др. Взаимодействие между эфирными фосфолипидами и холестерином, как определено с помощью моделирования рассеяния и молекулярной динамики. J. Phys Chem B. 2012; 116: 14829–14838. pmid: 23199292
  38. 38. Смондырев AM, Берковиц ML. Структура бислоя дипальмитоилфосфатидилхолин / холестерин при низких и высоких концентрациях холестерина: моделирование молекулярной динамики. Биофизический журнал. 1999; 77: 2075–2089. pmid: 10512828
  39. 39.Кригер Э., Вринд Г. Models @ Home: распределенные вычисления в биоинформатике с использованием подхода, основанного на хранителях экрана. Биоинформатика. 2002; 18: 315–318. pmid: 11847079
  40. 40. Флиннер Н., Мирус О, Шлейфф Э. Влияние жирных кислот на границу раздела димеров GpA путем моделирования крупнозернистой молекулярной динамики. Int J Mol Sci. 2014; 15: 14247–14268. pmid: 25196522
  41. 41. Steck TL, Ye J, Lange Y. Исследование движения холестерина в мембране эритроцитов с помощью циклодекстрина.Биофизический журнал. 2002; 83: 2118–2125. pmid: 12324429
  42. 42. МакКоган Л., Кримм С. Профили плотности рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов интактной мембраны эритроцитов человека. Наука. 1980; 207: 1481–1483. pmid: 7361101
  43. 43. Полянский А.А., Волынский ЧП, Ефремов Р.Г. Многоступенчатая организация трансмембранных спиральных белковых димеров, управляемых мембраной хозяина. Журнал Американского химического общества. 2012; 134: 14390–14400.
  44. 44. Ефремов Р.Г., Верещага Ю.А., Волынский П.Е., Нольде Д.Е., Арсеньев А.С.Ассоциация трансмембранных спиралей: от чего зависит сборка димера. Журнал компьютерного молекулярного дизайна. 2006; 20: 27–45. pmid: 16775778
  45. 45. Анбажаган В., Шнайдер Д. Мембранная среда модулирует самоассоциацию домена GpA TM человека - последствия для сворачивания мембранных белков и трансмембранной передачи сигналов. Биохим. Биофиз. Acta. 2010; 1798: 1899–1907. pmid: 20603102
  46. 46. Тампе Р., Робицки А., Галла Х. Взаимодействие между гликофорином и спин-меченным аналогом холестерина в восстановленных двухслойных везикулах димиристоилфосфатидилхолина.Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - биомембраны. 1989; 982: 41–46.
  47. 47. Tampé R, Lukas A von, Galla HJ. Гликофорин-индуцированные холестерин-фосфолипидные домены в двухслойных везикулах димиристоилфосфатидилхолина. Биохимия. 1991; 30: 4909–4916. pmid: 1645183
  48. 48. Онг РЛ. Исследования ЯМР 31P и 19F мембран, восстановленных гликофорином: предпочтительное взаимодействие гликофорина с фосфатидилсерином. J. Membr. Биол. 1984; 78: 1–7. pmid: 6708091
  49. 49.Онг Р.Л., Престегард Дж. Х. Исследования ядерного магнитного резонанса с высоким разрешением 13C небольших однослойных везикул, содержащих гликофорин A. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - биомембраны. 1982; 692: 252–262.
  50. 50. Ван Зоелен Э. Дж., Звааль Р.Ф., Реуверс Р.А., Демель Р.А., ван Динен Л.Л. Доказательства предпочтительного взаимодействия гликофорина с отрицательно заряженными фосфолипидами. Биохим. Биофиз. Acta. 1977; 464: 482–492. pmid: 836822
  51. 51. Brulet P, McConnell HM.Белково-липидные взаимодействия - гликофорин и дипальмитоилфосфатидилхолин. Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 1976; 68: 363–368. pmid: 1252234
  52. 52. Шан Х, Дэвис Дж. Х., Чу Дж. У., Шаром Ф. Дж. 2H-ЯМР исследование бислоев DMPC / гликофорин. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - биомембраны. 1994; 1193: 127–137.
  53. 53. Грант CW, МакКоннелл HM. Гликофорин в липидных бислоях. Proc. Natl. Акад. Sci. США 1974; 71: 4653–4657. pmid: 4373724
  54. 54.Domanski J, Marrink SJ, Schafer LV. Трансмембранные спирали могут вызывать образование доменов в переполненных модельных мембранах. Biochimica et biophysica acta – Биомембраны. 2012; 1818: 984–994.
Обзор

- Посмертный анализ устаревших литий-ионных батарей: методология разборки и методы физико-химического анализа

Увеличение срока службы - важный вопрос при разработке литий-ионных аккумуляторов. Механизмы старения, ограничивающие время жизни, можно эффективно охарактеризовать с помощью физико-химического анализа старых клеток с помощью множества дополнительных методов.В этом исследовании содержится обзор современной литературы по посмертному анализу литий-ионных элементов, включая методологию разборки, а также методы физико-химической характеристики материалов аккумуляторных батарей. Подробная схема посмертного анализа выведена из литературы, включая предварительный осмотр, условия и безопасную среду для разборки ячеек, а также разделение и постобработку компонентов. Особое внимание уделяется характеристике состаренных материалов, включая аноды, катоды, сепараторы и электролит.В частности, подробно рассматриваются микроскопия, химические методы, чувствительные к поверхностям электродов или к объему электродов, и анализ электролитов. Методы дополняются электрохимическими измерениями с использованием методов реконструкции электродов, встроенных в половинные и полные ячейки с электродом сравнения. Критически обсуждаются изменения, происходящие с материалами в процессе старения, а также способность рассмотренных методов анализа их наблюдать.

Литий-ионные аккумуляторы

в настоящее время используются в повседневных объектах, таких как смартфоны, электроинструменты и планшетные компьютеры, а также в растущих областях легких электромобилей (LEV), беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), аккумуляторных электромобилей (BEV). , гибридные электромобили (HEV) и подключаемые гибридные электромобили (PHEV). 1–4 Кроме того, рост возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, которые доступны только периодически, требует надежных и очень гибких стационарных решений для хранения энергии, которые обеспечивают высокую емкость и предсказуемый срок службы. 2,5

Старение литий-ионных аккумуляторов является общей проблемой для производителей, поскольку они должны гарантировать долгосрочную надежность своей продукции. Для современных ячеек эффекты деградации на уровне материала приводят к снижению емкости и увеличению сопротивления на уровне элементов. 6–28 Состояние старения батареи часто характеризуется состоянием здоровья (SOH) в% согласно 3,16,22,29–31

, где t представляет собой время старения. В общем, нужно различать езда на велосипеде 7,16,18,21,23–25,32 и календарное старение. 7,19,21–24,27 Поскольку коммерческие литий-ионные элементы могут подвергаться календарному старению в период между производством и доставкой, рекомендуется измерять разрядную емкость при t = 0 для каждой ячейки, которая подвергается тест на старение.Поскольку разрядная емкость зависит в основном от температуры, глубины разряда (DOD) и тока разряда, SOH обычно контролируется путем регулярных проверок с определенными наборами параметров, 7,16,21,23,24 , которые могут варьируются в зависимости от приложения. Обычно температура 25 ° C, 16,22,24 DOD 100%, 16,21 и скорость разряда 1C 7,16,21,22,24 или ниже 23 используются в осмотры.

Снижение производительности на уровне элемента в основном связано с реакциями химического разложения материала и на уровне электродов (см. Рисунок 9). 3,9,15–17,25,28,33–41 В этом смысле глубокое понимание механизмов деградации, происходящих внутри клеток, имеет решающее значение для увеличения времени их жизни.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 9. Обзор механизмов старения, касающихся деградации электродов и материалов. Обратите внимание, что механизмы деградации электрода могут происходить как на анодной, так и на катодной стороне, хотя на этой иллюстрации они показаны только для одного конкретного электрода.Указаны методы анализа для наблюдения соответствующих явлений. В скобках указаны методы с ограниченным доступом к механизму старения.

Чтобы сделать вывод о механизмах старения, необходимо обязательно разобрать клетки и проанализировать соответствующие компоненты клетки. Для глубокого понимания процесса старения батареи важна гомогенизированная процедура, включающая вскрытие, разборку, обработку образцов и анализ, чтобы избежать повреждения, загрязнения и модификации компонентов ячейки, а также для получения интерпретируемых данных.

Однако, как показано на корпусе почти каждого коммерческого литий-ионного элемента, разборка не рекомендуется производителями. Это связано с угрозами безопасности, например возможность создания коротких замыканий при открытии ячейки, что может привести к тепловому разгоне ячейки. Кроме того, существуют серьезные проблемы со здоровьем, которые возникают из-за химических соединений и риска повреждения образцов из-за неправильной обработки. 30 Однако при соблюдении определенных протоколов разборка литий-ионных элементов безопасна и дает надежные результаты в отношении состава встроенных материалов и изменений во время старения.

В 2011 году Williard et al. представили методологию анализа вышедших из строя литий-ионных аккумуляторов, например после теплового разгона. 30 Однако, насколько нам известно, не существует стандартного метода разборки и анализа устаревших литий-ионных элементов, хотя до сих пор было проведено много исследований, включающих безотказную разборку устаревших батарей. 12,16,17,25,26,28,32,42–47

В этой статье мы рассматриваем современные методы разборки старых литий-ионных элементов, а также физико-химические методы анализа материалов из разобранных элементов.Для каждого метода обсуждаются выявленные механизмы старения и наблюдаемые изменения на уровне материала, происходящие при старении. Особое внимание уделяется вопросу, какие изменения можно наблюдать с помощью конкретных методов анализа. Наконец, мы сделаем вывод о комбинациях методов, чтобы получить полное представление о процессах старения.

Предварительный осмотр и методы неразрушающего контроля перед вскрытием литий-ионных элементов

Обзор отдельных этапов посмертного анализа приведен на рисунке 1.Перед разборкой клеток используются методы неразрушающей характеристики, чтобы получить первое представление о механизмах старения. В дополнение к испытаниям емкости (см. Уравнение 1), анализ добавочной емкости (ICA) 48,49 и спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) являются мощными методами для получения информации о механизмах старения. 37,50–52 ICA основан на dQ / dV по сравнению с . В составляет график и, следовательно, преобразует точки плато и перегиба напряжения на кривых напряжения в пики dQ / dV. 48 Изменения пиков dQ / dV (интенсивности пиков и сдвигов пиков) можно отслеживать во время старения и делать выводы о потере активного материала / потере электрического контакта, изменениях химического состава ячейки, недостаточном разряде, недостаточном заряде, 48 и снятие покрытия Li. 53 Удаление Li было также определено анализом дифференциального напряжения (DVA) в dV / dQ по сравнению с . Q графиков. 53

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1. Блок-схема разборки литий-ионных элементов и анализа компонентов.

EIS - еще один неразрушающий метод определения характеристик старых клеток. 25,34,37,39,50–52 Во время старения импеданс ячейки обычно увеличивается, что приводит к замедлению кинетики, что частично является причиной уменьшения емкости. 34,37 Причиной увеличения импеданса являются физико-химические процессы внутри ячеек, такие как увеличение резистивных слоев. 25,39,50 Klett et al. обнаружили существенные различия в графике Боде для клеток с календарным и циклическим возрастом. 39 Было обнаружено, что основной причиной этого различия является более выраженная пленка на поверхности анода для циклического старения. 39 Однако на импеданс ячейки влияет множество факторов, требующих моделирования. 50 Более простой и быстрый метод получения базовой информации об изменениях импеданса ячеек - это измерения только на одной частоте, обычно 1 кГц. 28 Такие измерения позволили обнаружить прямую корреляцию между увеличением импеданса при старении и увеличением Mn, P и Li на графитовых анодах с помощью посмертного анализа. 28

Хотя неинвазивные электрохимические методы являются мощным инструментом для получения информации о механизмах старения, прямое наблюдение химических изменений возможно только с помощью посмертного анализа. Кроме того, явления локализованного старения, представляющие только малую часть электродов, часто не видны при электрохимических измерениях, поскольку они усредняются по всем электродам ячейки.

После электрохимической характеризации, визуальный осмотр, графическая документация и взвешивание являются следующими разумными шагами в анализе старых литий-ионных элементов.Это может указывать на внешнюю деформацию или утечку, которые могут повлиять на поведение при старении или привести к отказу ячейки. Кроме того, эти шаги могут дать первые подсказки о наилучшем положении для открытия ячейки. Хотя для стандартных конструкций ячеек, таких как ячейки 18650 или 26650, позиции разреза в большинстве случаев схожи (~ 1 мм рядом с положительным или отрицательным разъемом), может потребоваться проведение дополнительных тестов для других геометрических форм, таких как призматические и карманные ячейки.

Неразрушающие методы, позволяющие выявить внутреннюю часть батарей: рентгеновский анализ, 30,54–56 рентгеновская компьютерная томография (КТ), 9,42,54–65 и нейтронная томография. 66,67 Поскольку рентгеновский анализ дает двумерные пропускающие изображения (рис. 2а), в зависимости от конструкции кюветы может потребоваться проведение измерений пропускания рентгеновских лучей под несколькими углами обзора. 55

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Примеры неразрушающего контроля литий-ионных элементов. a) Рентгеновское изображение ячейки с намотанным желеобразным валиком 30 (с любезного разрешения Springer Science and Business Media).б) Фронтальная компьютерная томография возле положительного разъема ячейки типа 18650 32 (Воспроизведено с разрешения Электрохимического общества). Пунктирными линиями обозначены возможные положения резки корпуса ячейки без проникновения электродов.

Напротив, данные КТ получают путем поворота ячейки с небольшими угловыми шагами, в то время как рентгеновские изображения записываются для каждого угла. Из этого набора данных трехмерная модель ячейки определяется математическим алгоритмом, который позволяет рассчитывать осевые и фронтальные двумерные разрезы в определенных положениях (см. Рис. 2b и рис. 3a).Таким образом, КТ является дорогостоящим методом и обычно требует более длительного времени измерения по сравнению с измерениями пропускания рентгеновского излучения. Кроме того, CT приводит к большему количеству данных и большей нагрузке на интерпретацию этих данных. Однако компьютерная томография способна выявить многие детали внутреннего устройства батареи, такие как деформации внутри ячеек после старения, 9,32,42 напряжения, 64 отказ, 54–56,58 или тесты на неправильное использование. 57,59,60 В случае внутренних деформаций КТ очень полезна для изображения их формы без приложения механической силы, которая могла бы изменить ячейку 32,42,64 (см. Рисунок 3а).И рентгеновский анализ, и компьютерная томография подходят для определения позиций разреза при открытии клеток, как показано на Рисунке 2.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. a) Осевая компьютерная томография ячейки 18650 с деформированным желеобразным валиком. Область в поперечном сечении клетки на (b) отмечена на компьютерной томографии. б) СЭМ-изображение поперечного сечения ячейки, на котором видны такие детали, как трещины в покрытии. 32 (Воспроизведено с разрешения Электрохимического общества).

Методы, использующие нейтроны, также подходят для получения информации о макроскопическом дизайне внутри литий-ионных ячеек 66 и даже могут доставить химическую информацию 66,68 неразрушающим способом. Однако из-за очень больших усилий, связанных с этим методом, нейтронная томография нецелесообразна для определения позиций разреза для разборки ячейки. Также следует иметь в виду, что образец может быть радиоактивным после обработки нейтронами.

Разборка литий-ионных ячеек при фиксированном SOC и в контролируемой среде

Для поддержания компонентов ячеек в очень похожем состоянии, как во время работы, и для безопасности экспериментатора, как состояния ячейки, так и среда разборки должна быть четко определена.

Перед разборкой элемент должен быть заряжен или разряжен до определенного состояния заряда (SOC). 12,16,17,30,34,45,69–71 С точки зрения безопасности, глубокий разряд (до напряжения конца разряда 0 В) желателен, поскольку он снижает энергосодержание сотовый. В случае нежелательного короткого замыкания глубокий разряд снизит риск теплового разгона.

С другой стороны, напряжение элемента не должно выходить за пределы нормального рабочего окна, чтобы избежать нежелательных изменений материала, которые не вызваны старением.Поэтому большинство авторов разряжают элементы до напряжения конца разряда перед разборкой, соответствующего SOC = 0%. 12,16,17,28,30,34,46,69,70,72 Определенный SOC также важен для сопоставимости результатов различных ячеек, например старые и свежие клетки одного типа. К сожалению, большинство авторов не предоставляют точную процедуру разгрузки перед разборкой. Кобаяши и др. упомянул, что напряжение холостого хода (OCV) старых элементов, разряженных до 2,5 В при C / 20, было больше, чем OCV свежих элементов из-за увеличения внутреннего сопротивления элемента. 12 Следовательно, авторы держали все ячейки при 3,0 В в течение более 10 часов перед разборкой, что привело к OCV 3,0 В ± 0,01 В. 12 Аналогичный метод разряда был использован Takahara et al. 26 Kumaresan et al. разряжали клетки мешочка в два этапа, сначала с помощью C / 33 и после 30-минутного периода отдыха с помощью C / 83, чтобы обеспечить полную разрядку. 73

Разборка клеток на более высоких SOC была проведена для Т-клеток, 70 , емкость которых очень мала (~ 0.2 мАч), поэтому риск невелик по сравнению с коммерческими батареями (несколько Ач). Burns et al. недавно открыла коммерческие аккумуляторные ячейки 0,22 Ач при ~ 50% SOC и обнаружила, что после циклирования с высокими токами происходит покрытие литием. 45 Те же авторы открыли также элементы типа 18650 3,4 Ач после разряда до 0 В из соображений безопасности 45 из-за их большей емкости. Следовательно, покрытие Li больше не было напрямую видимым (но явные различия в цвете и текстуре отрицательного электрода), хотя этого и следовало ожидать из измерений кулонометрии. 45 Это несоответствие было связано с глубоким разрядом до 0 В. 45

Поскольку некоторые компоненты литий-ионных элементов реагируют с O 2 и H 2 O, перчаточный ящик заполнен высокочистой атмосферой аргона. содержащие H 2 O и O 2 только в нижнем диапазоне частей на миллион, должны использоваться. 30,32,34,45–47,69–71,73–78 Особенно Li x C 6 , металлический Li и LiPF 6 проявляют реактивность с компонентами воздуха.LiPF 6 реагирует с водой с образованием газа HF, 30,36,79 , который может вызвать серьезные проблемы со здоровьем без соответствующих средств защиты 30 , а также вызывает коррозию катодных материалов. 36 Отметим, что использование N 2 в качестве инертного газа не подходит из-за его реакционной способности с металлическим Li с образованием Li 3 N. 80 В своей статье 2002 года, Aurbach et al. использовали наполненный аргоном перчаточный ящик с содержанием O 2 от 5 до 10 частей на миллион и содержанием H 2 O от 2 до 5 частей на миллион. 34 Williard et al. предполагают содержание как O 2 , так и H 2 O ниже 5 частей на миллион. 30 Большинство других авторов не комментируют верхние значения загрязнения в перчаточных боксах.

В некоторых случаях защита образцов от воздуха менее важна. 30 Примерами являются измерения промытых катодных материалов методом XRD или ICP-OES. Авторы рекомендовали вытяжной шкаф с производительностью 60–100 футов в минуту в качестве минимального требования для разборки небольших коммерческих ячеек после езды на велосипеде в нормальных условиях. 30 Следовательно, Amanieu et al. открыли 18650 ячеек внутри перчаточного бокса, наполненного аргоном, по соображениям безопасности, однако после удаления электролита с помощью DMC образцы LiMn 2 O 4 сушили в постоянном потоке воздуха вытяжного шкафа в течение ночи, поскольку образцы были не чувствителен к воздуху. 74 Отметим, что безопасность при разборке ячеек на воздухе зависит также от влажности. Открытие ячеек во влажном воздухе также имеет решающее значение и может привести к критическим условиям, приводящим к пожарам в лаборатории.

В любом случае старые электроды, которые используются для получения повторно собранных ячеек (см. Раздел «Электрохимический анализ собранных электродов»), должны храниться в перчаточном ящике 12,34,73,81 до того, как они будут помещены в герметичную ячейку. Kostecki et al. провели вскрытие и промывку ячеек в перчаточном ящике, наполненном аргоном, и хранили образцы электродов в герметичной ячейке в перчаточном ящике перед дальнейшими исследованиями. 69 Мы отмечаем, что образцы электродов, контактирующие с электролитом, портятся даже после герметичной герметизации, поэтому мы рекомендуем использовать электроды для дальнейших электрохимических испытаний в день разборки.

Hightower et al. использовали специальную защиту, покрывая образцы Li x C 6 инертной жидкостью (Fluorinert FC-43) внутри перчаточного бокса, наполненного аргоном, перед переносом через воздух в вакуумную камеру устройства ТЕМ, где инертная жидкость испарялась во время эвакуация камеры. 82

На этом этапе мы заключаем, что разборка литий-ионных элементов должна выполняться в химически инертной среде, например, в перчаточном ящике, наполненном аргоном. Даже если элементы разряжены до напряжения конца разряда, демонтаж устаревших литий-ионных элементов все равно должен производиться с большой осторожностью.Процедура и, следовательно, затраты на разборку ячейки в решающей степени зависят от рисков для оператора и чувствительности материалов к воздуху и влаге.

Процедура открытия литий-ионного элемента и разделение компонентов

Внешнее короткое замыкание может произойти из-за непреднамеренного прикосновения к внешним контактам, например токопроводящими инструментами, металлической чешуей во время резки или контактом с металлической поверхностью перчаточного ящика. В зависимости от конструкции ячейки корпус ячейки может быть подключен либо к положительной, либо к отрицательной клемме.Это можно легко определить с помощью вольтметра перед разборкой.

Кроме того, во время открытия ячейки необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить внутренние короткие замыкания ячейки 30,32,54,74 , а также образцов. 30 Внутреннее короткое замыкание наиболее вероятно при разрезании корпуса ячейки из-за проникновения или деформации пакета электродов / желейного валика или из-за механического давления. Следовательно, перед открытием литий-ионных элементов необходимо определить идеальное положение разреза для каждого типа ячеек, применяя неразрушающие методы, как показано выше в разделе «Предварительный осмотр и неразрушающие методы».Кроме того, выгодно использовать токонепроводящие инструменты, например из керамики или с непроводящим покрытием.

Aurbach et al. представили специальное устройство для открытия 18650 ячеек, которым можно управлять внутри перчаточного ящика. 34 В этом устройстве цилиндрическая ячейка вращается с помощью двигателя с дистанционным управлением, а крышка корпуса ячейки срезается пилой с твердосплавным наконечником. 34 Как показано на рисунке 4a, инструмент Dremel также можно использовать для открытия ячеек. После того, как крышка ячейки снята (рис. 4b), необходимо разрезать выступы, соединенные с корпусом.Затем можно разрезать дно ячейки и, наконец, разрезать кожух вдоль оси цилиндра и развернуть рулон с желе (рис. 4c).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 4. Процесс открытия ячейки . a) –c) Использование инструмента Dremel во время открытия ячейки цилиндрического типа. d) –f) Использование керамических ножниц при открытии ячейки мешочка.

Ячейки мешочка, как правило, легче открывать, как показано на рисунках 4d – 4f, поскольку фольгу мешочка можно просто разрезать керамическими ножницами 30 или ножом.В случае призматических ячеек было предложено сделать неглубокий надрез режущим инструментом на одной стороне ячейки, прежде чем снимать оставшуюся оболочку с помощью изолированных плоскогубцев. 30 В любом случае открытие ячейки должно производиться очень осторожно и не допускать чрезмерного усилия на валок с желе или пакет электродов.

Образование металлической пыли или стружки зависит от метода резки. Пыль может попасть в элемент и загрязнить материалы, 30 , тогда как стружка может достигать длины в несколько мм и может создавать короткие замыкания, ведущие к нежелательной разрядке элемента и выделению тепла.Кроме того, следует учитывать, что во время резки также возникает местный нагрев, который может вызвать изменение материалов ячеек или даже привести к проблемам с безопасностью.

В большинстве случаев компоненты ячеек будут отделены друг от друга, чтобы анализировать их отдельно (см. Рисунки 4c, 4f). Для состаренных анодов может случиться, что активный материал прилипнет к сепаратору, 32 , что приведет к проблемам с разделением компонентов. Это может быть решено погружением анода и сепаратора в DMC.Напротив, для старых катодов это часто менее проблематично.

Типичные конфигурации ячеек представляют собой намотанные рулоны с желе в цилиндрических ячейках, плоские рулоны с желе в призматических ячейках и ячейках мешочка, а также уложенные друг на друга электроды / сепараторы, z-образные сепараторы или комбинации укладки и намотки в мешочках и призматических ячейках. К сожалению, большинство авторов не комментируют этот этап разборки ячейки. Следует отметить, что необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы избежать перекрестного загрязнения при контакте между анодом и катодом.Если присутствует электролит, прямой контакт анода и катода вызывает короткое замыкание, приводящее к последствиям, описанным выше.

С самого начала открытия капли электролита могут быть собраны, если они содержатся в достаточном избытке. 83 В противном случае следует отобрать пробу электролита, погрузив рулон с желе сразу после извлечения гильзы в CH 2 Cl 2 84 или разделенные смачиваемые компоненты в ацетонитриле. 85 Этот последний метод позволяет извлекать электролит, а также соединения, образующиеся при его разложении при старении на каждом электроде.Поскольку многие растворители электролита очень летучие, рекомендуется быстрое извлечение электролита, чтобы состав не изменился.

Последующая обработка образцов из разобранных литий-ионных ячеек

После разделения компонентов ячеек большинство экспериментаторов промывают эти компоненты типичными растворителями электролита, такими как DMC, 12,16,17,25,26,28,46, 47,65,71,72,74,82,86–90 DEC, 70,91 и EMC, 69 , тогда как только некоторые авторы не проводили промывку своих образцов. 34,45,53,65,78,92 Это возможно, когда требуется только визуальный осмотр 45,53 и / или электрохимические испытания. 46,65 Немытые электроды могут содержать остаточный кристаллизованный LiPF 6 или нелетучие растворители, которые трудно отличить от элементов в SEI или интеркалированном Li. Кроме того, этап промывки также полезен для уменьшения коррозии образцов, поскольку LiPF 6 вступает в реакцию с H 2 O и O 2 и, как уже упоминалось, для защиты чувствительного аналитического оборудования, если образцы подвергаются воздействию воздуха.Somerville et al. показали, что промывка не требуется для удаления ЭК и других типичных карбонатов, когда образцы помещены в вакуум (~ 10 -4 кПа), например в вакуумных устройствах, таких как XPS или SEM. 89

К сожалению, большинство авторов не комментируют процедуру промывки (время, температура, объем, тип растворителя) 26,74,82 , хотя она может существенно повлиять на результаты. Бах и др. вымачивали свои образцы в течение 60 минут в DMC, а затем на 30 минут в новом DMC. 65 Williard et al. прокомментировал, что промывание может привести к отсутствию определенных компонентов SEI. 30 Abraham et al. продемонстрировали, что ополаскивание ДМК должно удалять изолирующие частицы, осевшие на поверхности графита после старения. 93 Недавно Somerville et al. подробно исследовал эту тему для графитовых анодов с пленками, образованными различными количествами добавки ВК. 89 В зависимости от количества ВК в электролите и, следовательно, от состава пленки также было обнаружено, что SEI может быть изменен, по крайней мере, частично, промывкой ДМК. 89 В одном конкретном случае LiPF 6 и LiF были полностью удалены, а частицы LiP x F y были восстановлены через 1 мин. 89 Согласно их исследованию, продолжительность промывки и / или промывки или ее отсутствия должны быть проверены для каждого химического состава клетки. 89

Исходя из нашего опыта, для удаления следов соли Li из образцов требуются две стадии промывки от 1 до 2 минут чистым растворителем. Кроме того, для получения сопоставимых результатов важно всегда выполнять этапы стирки одинаково.

Некоторые методы, такие как анализ ICP-OES 16,28 , используют активный материал, соскобленный с электродов. Такая механическая обработка не изменяет химический состав и, следовательно, не вызывает проблем. XRD возможен как с электродами, так и с соскобленным порошкообразным материалом, однако следует учитывать, что предпочтительные ориентации частиц в электродах, которые не присутствуют в отходах материала, могут приводить к различиям в интенсивностях пиков. 34

Если исследовать трещины в активном материале, можно подготовить поперечные сечения всего литий-ионного элемента (см. Рисунок 3b).В этом случае кожух ячейки не снимается. Вместо этого резка непроводящим полотном пилы выполняется через всю ячейку. Положение разреза можно определить заранее с помощью компьютерной томографии (см. Рис. 3а). После разрезания ячейки электролит удаляется, после чего следует стабилизация с помощью эпоксидной смолы и этап металлографической полировки. 30,32,42,56,94,95

По сравнению с компьютерной томографией, поперечные сечения клеток являются более дорогостоящими с точки зрения труда и приводят к разрушению клетки.Однако поперечные сечения ячейки могут обеспечить значительно более высокое разрешение для определенных частей ячейки (сравните рисунки 3a и 3b), а также возможность выполнять измерения с помощью других мощных методов, таких как резка сфокусированным ионным пучком (FIB) 42,74 и наблюдение с помощью оптической микроскопии, 18,19,30,42,74,94,95 SEM, 30,32,42,74,95–97 или EDX. 95,97 Поперечные сечения комплектных ячеек обеспечивают толщину электродов в рабочем состоянии (соответствующий уровень заряда), т.е.е. с таким же давлением, как и в закрытой ячейке. Отметим, что это не относится к поперечным сечениям одиночных электродов, 18,19,74,96,97 , которые могли расшириться после разделения компонентов ячейки.

В этом разделе рассматриваются методы физико-химической характеристики материалов аккумуляторных батарей. Обсуждаются данные о механизмах старения, полученные соответствующими методами, чтобы дать обзор возможностей наблюдения конкретных механизмов деградации.

На рисунке 5 показана схема основных компонентов ячейки и соответствующие доступные методы физико-химического анализа для их характеристики. Образцы могут происходить из анода, катода, сепаратора, токосъемника или электролита, однако для упрощения на рисунке 5 в качестве примера показан только катод. Из рисунка 5 видно, что можно выделить разные части твердого образца: им можно назначить поверхность электрода, объем, поперечные сечения и различные методы анализа, соответственно.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Обзор компонентов литий-ионной батареи и физико-химические методы определения характеристик после посмертного анализа.

Причины поверхностной чувствительности методов анализа связаны с физической природой задействованных типов излучения или частиц. Упрощенный обзор физических / химических принципов (облучение и / или обнаружение электронов e - , электромагнитное излучение / фотоны hv , нейтральные частицы и ионы) показан на рисунке 6.Они кратко объяснены для каждого метода в разделах ниже. Более подробные сведения о механизмах возбуждения и обнаружения соответствующих методов анализа можно найти в учебниках. 98–102

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 6. a) –k) Упрощенные схемы обнаруженных частиц в различных методах анализа. Электромагнитное излучение hv соответствует видимому свету на (a), (f), (g), рентгеновскому излучению на (d), (e), (k) и радиоволнам на (j).На (b) испускаемые электроны можно различить между обратно рассеянными электронами, оже-электронами и вторичными электронами. з) ИК в режиме отражения. м) Принцип разделения компонентов смеси в хроматографии. Кружки и линии представляют молекулы образца и неподвижную фазу соответственно.

Поверхностная чувствительность создается либо отражением излучения / частиц на поверхности образца (например, при исследовании электрода с помощью оптической микроскопии), либо короткой средней длиной свободного пробега частиц внутри твердых образцов (например.грамм. методы с участием е - или ионов). Типичными поверхностно-чувствительными методами являются микроскопия, EDX, XPS, IR или SIMS.

Напротив, другие методы нечувствительны к поверхности и включают информацию из массы электрода. В этом случае материал образца необходимо соскрести, например, при анализе ICP-OES, либо образец не препятствует обнаруженному излучению (например, рентгеновские лучи в случае XRD).

Типичные методы посмертного анализа клеточных компонентов и выявленные ими механизмы старения обсуждаются отдельно в следующем разделе.Однако из-за чувствительности методов к разным частям образцов, упомянутых выше, обзор возможностей каждого метода приведен в разделе «Комбинация методов для полной характеристики механизмов старения».

Микроскопия

Оптическая микроскопия

Оптическая микроскопия основана на отражении видимого света от поверхности образца (рис. 6а). В общем, разрешение оптических микроскопов ограничено дифракционным пределом Аббе, соответствующим диапазону 0.2 мкм. 99 Это позволяет разрешать частицы в диапазоне мкм с меньшими усилиями по сравнению с методами электронной микроскопии. 18,19,30,42,74,95 Следовательно, можно обнаруживать эффекты старения, такие как изменения толщины электрода 18,19 или отложения на поверхности электродов, которые находятся в диапазоне размеров мкм. 18,78 Из-за ограниченного разрешения оптической микроскопии обнаружение трещин частиц или очень тонких пленок затруднено или может быть незаметным.Однако оптическая микроскопия - очень эффективный метод получения обзора поверхности образца.

Brand et al. наблюдали выгорание сепаратора с помощью оптической микроскопии после встряхивания 18650 ячеек. 64 Некоторые группы исследовали осаждение лития и образование дендритов во время процесса зарядки in situ с помощью оптической микроскопии. 96,103–109 Кроме того, изменение цвета графитовых 96 и рутиловых 110 электродов контролировали in situ с помощью оптических микроскопов.

В случае разрабатываемых новых электродных материалов оптическая микроскопия также оказалась полезной. Pharr et al. смогли использовать методы оптической микроскопии для определения энергии разрушения тонкопленочных электродов из литированного Si в зависимости от концентрации Li. 111 Li и Fedkiw успешно изучили влияние наночастиц диоксида кремния, добавленных в гелевые электролиты, на предотвращение коррозии алюминиевых токосъемников. 112

Это лишь несколько исключительных примеров, демонстрирующих использование оптической микроскопии в посмертном анализе литий-ионных клеток, однако они демонстрируют широкий диапазон возможностей этого метода характеризации, которые часто недооцениваются.

Сканирующая электронная микроскопия

Сканирующая электронная микроскопия (SEM) обеспечивает улучшенное разрешение по сравнению с оптической микроскопией из-за меньшей длины волны де Бройля электронов по сравнению с видимым светом. Разрешение СЭМ в основном ограничено сферической аберрацией электронных линз. 99 Кроме того, при интерпретации изображений SEM необходимо учитывать тот факт, что вместо фотонов используются электроны (рис. 6b). Контраст изображения сильно зависит от выбранного детектора, который собирает либо обратно рассеянные, либо вторичные электроны. 99 Кроме того, наблюдения SEM ограничены вакуумом, что приводит к испарению летучих компонентов, таких как карбонатные растворители.

Из-за более высокого разрешения СЭМ наблюдаемые области могут быть намного меньше по сравнению с оптической микроскопией. Следовательно, необходимо очень внимательно записывать данные, которые являются репрезентативными для всей выборки. Обычно для этого сначала записываются обзорные изображения, а затем масштабируются различные части образца. С помощью сканирующего электронного микроскопа обычно наблюдаются различные клеточные компоненты, поскольку он дает основную информацию о микроструктуре, которая может быть связана с механизмами деградации.

Кроме того, SEM ограничивается наблюдениями за поверхностью образца. Чтобы получить информацию об объеме и / или химическом составе, SEM обычно дополняется другими методами. Например, SEM часто сочетается с анализом EDX для определения химического состава и / или комбинируется с методами поперечного сечения, такими как металлографическая подготовка, 30,32,42,56,94–96,113 FIB резка, 39, 42,74,114–119 или ионное измельчение. 120 Кроме того, удаление тонких срезов с помощью FIB и последующее сканирование с помощью SEM позволяет создавать видеоролики 119 и создавать 3D-модели электродов 116–118,121 (томография FIB / SEM).Такие трехмерные модели электродов были полезны в многомасштабных расчетах, где учитывалась микроструктура электродов. 118,121

С отрицательной стороны, графит является наиболее распространенным анодным материалом, и в сочетании с другими методами сканирующая электронная микроскопия принесла значительные результаты для выявления механизмов деградации, происходящих на поверхности этого материала.

Рост границы раздела твердых электролитов (SEI) на поверхности частиц графита во время старения наблюдался с помощью SEM 16,18,40 (см. Верхнюю часть рисунка 7).Рост SEI при старении связан с разложением электролита и является причиной потери Li и, следовательно, падения емкости. 16,18,28,33,122

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. СЭМ-изображения графитовых анодов и катодов до и после циклирования 40 (Воспроизведено с разрешения Электрохимического общества).

Другой механизм старения - это осаждение металлического Li на графитовых анодах.Honbo et al. изучили осаждение Li на графите с помощью SEM и выявили дендритную и зернистую морфологию на чистом и измельченном угле соответственно. 123 Zier et al. показали, что можно улучшить контраст материала при осаждении лития на графитовых электродах за счет реакции с OsO 4 . 119 Исследование других анодных материалов, таких как Li 4 Ti 5 O 12 с помощью SEM, до сих пор не дало точной информации о механизмах деградации. 124

На катодной стороне часто с помощью СЭМ-изображения нет изменений между чистым и старым катодами 16,40,125 (см. Нижнюю часть рисунка 7). Когда сообщалось о видимой поверхностной пленке после продолжительного цикла на поверхности LiCoO 2 , было невозможно связать ее с четким механизмом разложения. 34 С другой стороны, механическое напряжение 126–128 из-за изменения объема во время цикла приводит к трещинам в частицах, которые можно наблюдать с помощью SEM. 42,74,75,129,130 ​​

В дополнение к механизмам старения, затрагивающим материалы электродов, деградация других компонентов ячейки, такая как коррозия алюминиевых токосъемников 131–133 и закрытие пор 14,134,135 или плавление 64 сепараторов, являются наблюдается с помощью SEM.

Просвечивающая электронная микроскопия

По сравнению с SEM, просвечивающая электронная микроскопия (TEM) обычно использует более высокие ускоряющие напряжения для электронов, позволяя проходить сквозь материалы (рис. 6c) и с более высоким разрешением вплоть до атомного масштаба. 119,136,137 Таким образом, ПЭМ раскрывает характеристики образца с точки зрения морфологии частиц, кристалличности, напряжения или даже магнитных доменов. Однако из-за более высокой энергии необходимо учитывать повреждение луча для материалов батареи. 138 Следует отметить, что измерения ТЕА ограничены локализованными областями образца, и поэтому трудно точно обследовать большую выборку.

Как и для всех микроскопических методов, подготовка образцов и их мониторинг во время сбора данных имеют решающее значение для ПЭМ, например.грамм. Обрезка FIB оказалась полезной. Кроме того, большое значение имеют размер (чем тоньше, тем лучше) и чистота образца. Более высокие усилия при подготовке образца делают ПЭМ более трудоемким методом по сравнению с СЭМ. Несколько обзоров экспериментальных возможностей и сравнения с другими микроскопическими методами можно найти в учебниках. 101,102

Структурные изменения морфологии частиц в результате календарного и циклического старения были исследованы Watanabe et al.для LiNi 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2 катодный материал. 139,140 ТЕМ-анализ также дал ценную информацию о зависимости связующего вещества от производительности элемента, 141 образования SEI на катодах 142 и оценке новых электродных материалов. 110,143–146

В этом обзоре были упомянуты только несколько возможностей ПЭМ в посмертном анализе, однако использование этого метода смещается от метода посмертной характеристики к методу in situ и операнду . 147 Эта тенденция становится все более очевидной по мере того, как инструменты предоставляют аналитические приборы с низким уровнем Z-элемента, контроль окружающей среды, а также становятся все более доступными высокоскоростные и чувствительные детекторы прямых электронов. 148

Методы химического анализа, чувствительные к поверхности электродов

Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия

Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX) часто сочетается с приборами SEM. Принцип EDX основан на облучении образца электронами и обнаружении генерируемых характеристических рентгеновских фотонов (рис. 6d).Таким образом, EDX позволяет получить информацию о химическом составе образца. Кроме того, если поверхность образца сканируется электронным лучом, карты химического состава на поверхности могут быть созданы путем наложения с изображениями SEM (EDX-картирование). 39,95,97,119,149,150 Однако EDX представляет собой серьезный недостаток, поскольку он не может обнаруживать Li. Следовательно, необходимы дополнительные методы для его обнаружения и количественной оценки. 16,17,72,150

Анализ EDX, выполненный во время посмертных исследований, позволяет проверить состав активных материалов и обнаружить присутствие дополнительных фаз.Например, EDX позволил обнаружить повторное осаждение растворенного Mn на поверхности графитового электрода после растворения со смешанных катодов NMC / LiMn 2 O 4 . 16,28 Аналогичным образом Klett et al. наблюдали Fe на анодах после растворения с катодов LiFePO 4 . 17 Также возможно измерить присутствие F и P на анодах из-за разложения электролита. 16,17,28,151 Для анализа таких элементов очень важны подготовка образцов и промывка электродов, как описано в разделе «Методы вскрытия ячеек».Однако можно обратить внимание, что в некоторых случаях наличие таких элементов действительно может быть частью активного материала. 152

Krämer et al. модифицированные аноды с осаждением Li с использованием изопропанола. 150 EDX-картирование позволило обнаружить O и C, что предполагает образование Li 2 CO 3 , однако авторам пришлось провести дальнейшие измерения с использованием FTIR и XRD для проверки. 150 Модификация осаждения Li изопропанолом позволила оценить площадь на поверхности анода, покрытую Li 2 CO 3 , по EDX-картированию. 150

Maleki et al. исследовали эффекты глубокого разряда ниже напряжения конца разряда для коммерческих элементов LiCoO 2 / графит. 153 Авторы обнаружили, что разряд до 0 В может привести к растворению Cu из коллектора отрицательного тока, что, соответственно, было обнаружено как на аноде, так и на катоде с помощью EDX. 153 Кроме того, EDX использовался в сочетании с SEM для обнаружения загрязнений после отказа клеток. 54

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) основана на фотоэлектрическом эффекте. 98,154 Атомы в образце ионизируются рентгеновскими лучами, и измеряется кинетическая энергия испускаемых фотоэлектронов (рис. 6e). 98 Поскольку кинетическая энергия испускаемого фотоэлектрона характерна для его исходного элемента, XPS позволяет анализировать и определять все элементы (кроме H и He), их степени окисления и - в определенной степени - их химическое окружение. 98 XPS чувствителен к поверхности из-за малой длины свободного пробега испускаемых электронов в твердых телах (несколько нм). 98 Таким образом, XPS может характеризовать химические изменения на поверхности частиц, что делает его ценным с точки зрения посмертного анализа.

В лабораторных условиях обычно используются источники рентгеновского излучения из Al K-альфа. Кроме того, синхротронное излучение также может использоваться для проведения экспериментов в области жесткого рентгеновского излучения (HAXPES), 17,155,156 , однако это требует гораздо больших усилий.

Однако из-за высокого содержания энергии рентгеновского излучения необходимо учитывать возможность повреждения образца облучением.В частности, компоненты SEI могут изменить свою химическую природу. Следовательно, интерпретация данных XPS требует высокого уровня знаний исследуемой системы. Кроме того, следует упомянуть, что измерения XPS сильно локализованы, что делает необходимым зондирование большего образца в разных областях, чтобы получить обзор. XPS можно комбинировать с ионным распылением для получения профилей глубины. Неровная поверхность электрода делает это упражнение особенно трудным, и при анализе данных требуется особая осторожность.Однако в сочетании с напылением XPS не может измерять профиль глубины по всему образцу электрода. Более конкретно, XPS ограничен первыми нанометрами поверхности. Следовательно, можно наблюдать только слой SEI, и часто сигнал от активного материала остается скрытым.

Полезный обзор возможных каталитических реакций, происходящих на границе раздела электролит-графит, и их наблюдение с помощью XPS недавно сделал Росс. 157 Общий обзор анализа SEI, включая XPS, был предоставлен Verma et al. 158

Коммерческий LiFePO 4 / графитовые ячейки, исследованные Klett et al. показали неравномерное старение электродов для циклических ячеек, тогда как электроды для календарных ячеек были однородными 17 , что связано с температурой 77,159–161 и градиентами давления, возникающими во время цикла.

Лу и др. обсудили старение с акцентом на LiCoO 2 / графитовые элементы. 162 Авторы выполнили анализ профиля поверхности и глубины с помощью XPS и наблюдали увеличение толщины SEI в старых клетках. 162 Недавний отчет группы Эренберга посвящен образованию SEI в коммерческих мешочных клетках. 163 С помощью XPS авторы смогли идентифицировать составляющие внешнего и внутреннего слоев SEI, однако не удалось выяснить, есть ли какие-либо различия в характеристиках SEI для различных процедур формирования. 163

Несколько групп собрали информацию о составе SEI анодных материалов, отличных от графита, таких как SiO 164 или Sn. 47 Несколько авторов сообщили о переходных металлах, которые растворялись с катода, мигрировали через электролит и осаждались или были включены в слой SEI состаренного анода. 165,166 О таком поведении также сообщалось с использованием дополнительных методов. 16,18,26,28

Связь между различными условиями старения и химическим составом SEI представляла интерес для Zheng et al. 167 Авторы исследовали деградацию коммерческих LiFePO 4 / графитовых ячеек во время календарного старения в течение 10 месяцев при различных температурах и SOC. 167 Для температур, повышенных до 55 ° C, и SOC с большим накоплением, они наблюдали значительное увеличение объемного сопротивления и сопротивления переносу заряда, а также потерю емкости. 167 Посмертный XPS-анализ подтвердил, что вновь сформированные слои Li 2 CO 3 и LiF на поверхности анода были ответственны за изменения в поведении ячеек. 167

При разработке новых электродных материалов Post-Mortem XPS может помочь идентифицировать неизвестные продукты побочных реакций, происходящих на поверхностях.Как указали Фен и др., Основная проблема Li-S ячеек - это накопление S-частиц на поверхности электродов, обнаруживаемое XPS, и, как следствие, снижение емкости. 168

XPS - универсальный инструмент для получения информации о химическом составе поверхностных частиц, образующихся в процессе старения. В отличие от EDX, ЯМР, XRD и ИК-спектроскопии, почти все элементы могут быть полуколичественно обнаружены с помощью XPS. Кроме того, XPS - один из немногих методов изучения продуктов реакции образования и разложения SEI.

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) основана на взаимодействии образца с инфракрасным излучением. На рисунке 6h показано это взаимодействие в режиме отражения. Отметим, что режим передачи также возможен для FTIR, который является массовым методом и поэтому здесь не обсуждается. Данные высокого разрешения собираются одновременно в выбранном спектральном диапазоне. Реальный спектр создается путем применения к сигналу преобразования Фурье.

Ранние FTIR-исследования материалов в литий-ионных элементах были проведены группой Аурбаха 169 170 и Йошидой и др. 171 и сосредоточился на понимании химических характеристик SEI на анодах на основе Li и графита. Эти исследования позволили идентифицировать важные полосы отражений SEI как асимметричное удлинение карбонила при 1650 см −1 , характерное для (ROCO 2 Li) 2 и 1450 и 870 см −1 , характерное для Li 2 CO. 3 .

FTIR-исследования образцов из анализов Post-Mortem также были проведены с целью устранения различий при использовании добавок к электролитам. 172–174 В этих случаях исследовались как аноды, так и катоды. Аналогичным образом, результаты FTIR используются для сравнения характеристик SEI при замене соли на основе Li. 175

Многие другие FTIR-исследования были проведены для отслеживания эффектов старения. 34,46,150,176,177 Aurbach et al. провели испытания FTIR на образцах электродов на основе графита и LiCoO 2 из литий-ионных ячеек 18650, циклированных при различных температурах. 34 Керлау и Костецки проанализировали Li 0,8 Ni 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2 электроды на основе и углерода после календарного старения при 45 ° C с помощью FTIR. 176 Электроды были промыты и высушены перед экспериментами, и в обоих случаях были обнаружены очень похожие спектры с полосами при 864 см -1 , 1008 см -1 и 1240 см -1 , присвоенных Li x PF y и Li x PF y O z , которые получены в результате термического разложения LiPF 6 . 176 Norberg et al. исследовали LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 катода на основе , циклированные с 1 M LiPF 6 в смеси EC / DEC. 177 После циклирования тесты FTIR выявили характеристические полосы алкилкарбонатов наряду с полосами при 1310 см −1 и 1110 см −1 , относящимися к модам растяжения CO и CC в кетонах, что свидетельствует о разложении электролита на поверхности катода. . 177 Однако идентификация конкретных соединений разложения с помощью этого метода была невозможна.

Для экспериментов FTIR необходимо отметить, что протокол подготовки электродных образцов имеет решающее значение, поскольку следы электролита должны быть удалены, чтобы избежать нежелательных отражений. В качестве альтернативы измерению коэффициента отражения электродов также можно соскрести активный материал и построить таблетки KBr. 177,178 Транспортировка пробы из перчаточного бокса в устройство FTIR, а также анализы должны выполняться в инертной атмосфере, поскольку (ROCO 2 Li) 2 на поверхности электродов может реагировать с H 2 O для формирования Li 2 CO 3 . 179

Наконец, важно отметить, что FTIR не позволяет количественно определять соединения. Поэтому интерпретация результатов FTIR часто дополняет посмертный анализ другими методами, такими как электрохимическое тестирование, XPS и SEM / EDX.

Масс-спектроскопия вторичных ионов

Масс-спектроскопия вторичных ионов (SIMS) позволяет охарактеризовать элементный и молекулярный состав поверхности материала. Молекулярные фрагменты, кластеры, а также положительные и отрицательные ионы отрываются от поверхности с помощью первичного (импульсного) ионного пучка (рис. 6i).В случае статической SIMS или TOF-SIMS (Time of Flight SIMS) вторичные ионы, поступающие из образца, собираются и анализируются с помощью масс-анализатора «время пролета»: массовое разделение ионизированных фрагментов основывается на необходимом времени. чтобы добраться до детектора. Хотя количественную оценку применить сложно, ВИМС и, в частности, TOF-SIMS являются очень чувствительными методами (вплоть до нескольких частей на миллион). Более того, благодаря сложной электронике можно сфокусировать первичный ионный пучок и получить спектроскопическое изображение поверхностей.

Несмотря на то, что TOF-SIMS является поверхностно-чувствительным методом, он широко используется для исследования поверхности объемных материалов. Это делается путем распыления образца пучком ионов Cs + или Ar + , что позволяет получать профили массовой концентрации по глубине. Это делает TOF-SIMS мощным инструментом для определения характеристик тонких слоев, таких как те, которые используются в системах с микро-батареями. 180,181 Спектроскопия поверхности может помочь определить природу электрохимических пассивирующих слоев или покрытий на коллекторах и материалах электродов.

Использование TOF-SIMS также может помочь в изучении старения токосъемников или материалов электродов в процессе. 182–185 Wang et al. продемонстрировали растворение Fe из материала LiFePO 4 и подчеркнули роль защитного углеродного покрытия. 186,187 Аналогично, растворение Mn и Ni из высоковольтной шпинели охарактеризовано путем комбинирования экспериментов XPS, TEM и TOF-SIMS. 188 Результаты TOF-SIMS, показывающие профили концентрации продуктов ионизации (LiF 2 - , MnF 3 - , NiF 3 - ), полученные в ходе анализа, позволяют сделать вывод наличие MnF 2 на поверхности катода.

SEI можно также изучить с помощью TOF-SIMS. За прошедшие годы было доказано, что это мощный дополнительный подход к XPS, позволяющий лучше понять химическую структуру SEI. Первые исследования на основе SIMS в отношении материалов литий-ионных аккумуляторов возникли в 2000-х годах. Пелед и др. инициировал первые попытки изучения SEI на поверхности электрода с помощью TOF-SIMS на монокристаллах ВОПГ, поскольку этот материал можно рассматривать как модельный электрод для графитовых систем. 189,190 Авторы представили доказательства присутствия полимеров в SEI и зависимости химического состава SEI от природы плоскостей ВОПГ.Затем другие группы рассмотрели TOF-SIMS-спектроскопию для изучения влияния добавок или альтернативных электролитов (например, ионных жидкостей) на химическую структуру SEI. 191–194

Хотя TOF-SIMS все еще недостаточно используется в области накопления энергии, и, в частности, для приложений с литий-ионными аккумуляторами, количество таких исследований за последние годы выросло. Уникальными сильными сторонами этого мощного метода спектроскопии анализа поверхности являются чувствительность, способность анализировать изотопы, лучшее разрешение по горизонтали по сравнению с другими методами спектроскопии анализа поверхности, такими как XPS.

Оптическая эмиссионная спектроскопия тлеющего разряда по глубине профилирования

Глубинная оптическая эмиссионная спектроскопия тлеющего разряда (GD-OES) обеспечивает элементный анализ образцов путем распыления и обнаружения испускаемого видимого света от оторвавшихся частиц, которые возбуждаются в плазме Гримма лампа 195 (рис. 6g) и детектируется спектрометром круга Роуленда. 100

GD-OES хорошо зарекомендовал себя для контроля качества обработки поверхности и стальных покрытий с использованием потенциала постоянного тока (DC).Благодаря простоте использования и высокой чувствительности, были проведены дальнейшие разработки, чтобы сделать этот метод применимым к непроводящему материалу с помощью радиочастотного (RF) потенциала, что позволило распространить применение GD-OES на тонкие пленки и непроводящие материалы. -анализ проводящих покрытий. 196–198 Совсем недавно электроды литий-ионных аккумуляторов стали предметом исследований GD-OES. 26,28,43,44,72,199,200

Данные профиля глубины достигаются путем послойного удаления атомов образца с использованием плазменного распыления. 201 Установка следующая: 195 образец помещается перед анодом и играет роль катода. Анод устройства GD-OES представляет собой полый цилиндр, который будет заполнен газообразным аргоном низкого давления (~ 10 -4 гПа). Ионизация газа и генерация плазмы достигается при приложении разности потенциалов (~ 500–1000 В). Распыленные атомы образца диффундируют в плазму и возбуждаются в результате дальнейших столкновений. Это приводит к испусканию характеристических фотонов, которые будут регистрироваться оптическим эмиссионным спектрометром.Цилиндрический анод имеет типичный диаметр 2,5 мм или 4,0 мм, что соответствует размеру пятна анализа. Конструкция лампы Grimm делает анализ GD-OES независимым от матрицы образца. 100

В отличие от ряда других методов, таких как XPS и SIMS, глубинное профилирование GD-OES не ограничивается близостью поверхности образца, но может анализировать его от поверхности электрода до токосъемника. Следовательно, GD-OES может давать информацию как о поверхности электродов, так и об объеме электрода. 26,28,43,44,72,199,200

Saito et al. наблюдали распределение Li в катодах от литий-ионных элементов большой мощности. 199 Авторы сообщили о градиенте Li по направлению к поверхности для разряженного состояния и наоборот, что объясняется медленной диффузией Li как в электрод, так и в электролит. 199 Al-дефицитные области в NCA, как также сообщалось, образовались во время езды на велосипеде. 199 Takahara et al. провели обширные исследования не только катодов, но и анодов на основе графита, уделяя особое внимание росту SEI при циклическом старении. 26,43,44,200 Авторам удалось выполнить калибровку на основе конкретного случая исследования и получить количественное распределение Li по графитовому аноду. Они также сообщили о более быстром и более точном профилировании анодов на основе графита по глубине с использованием газа Ar с дополнительным 1% H 2 . 200

GD-OES был применен к графитовым электродам от старых коммерческих ячеек 18650, где была достигнута корреляция с электрохимическими данными. 28 В исследовании проводилось различие между «поверхностным» и «объемным» Li с использованием данных глубинного профилирования GD-OES, откалиброванных для Li на основе результатов ICP-OES. 28 Исследование показало, что содержание Li на поверхности коррелирует с величиной потери емкости, что подразумевает важную роль побочных реакций на поверхности графита в деградации клеток. 28

GD-OES недавно был использован в посмертном анализе для обнаружения лития на графитовых анодах, 72 , что затруднительно или невозможно другими методами. По сравнению с анодами с SEI градиент Li и содержание Li значительно увеличиваются в случае гальванического покрытия Li. 72 Кроме того, было замечено, что большая часть металлического Li размещается на поверхности графитовых анодов, 72 , что согласуется с расчетами Хейна и Латца. 202

Из-за сравнительно короткого времени измерения, небольшого размера образца, высокой чувствительности и его возможности обнаруживать Li в профилях глубины через все электроды, метод GD-OES является многообещающим аналитическим инструментом для лучшего понимания Li механизмы старения ионных батарей. Однако, чтобы получить полную картину механизмов старения, GD-OES необходимо сочетать с дополнительными методами.

Методы химического анализа для анализа объема электродов

Оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой

В посмертных анализах для определения элементного состава электродов используется оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES). 16,18,19,28,151 В ИСП-ОЭС индуктивно связанная плазма используется для получения возбужденных ионов и атомов из образца, которые испускают электромагнитное излучение в видимом диапазоне (рис. 6f).Длины волн этого излучения характерны для конкретного элемента. Таким образом, ИСП-ОЭС может определить соотношение между элементами, присутствующими в образце. Преимущество этого метода заключается в том, что могут быть обнаружены элементы от диапазона ppm до основных элементов образца. Однако одним из недостатков является то, что ИСП-ОЭС не дает полного состава пробы, что требует использования дополнительных методов. ICP-OES часто сравнивают с EDX (см. Выше), однако ICP-OES имеет преимущество в обнаружении Li.Образцы полностью растворяются в кислотном растворе, а затем измеряются. Это означает, что исследованию подлежит не только поверхность, а большая часть образца. Кроме того, для ИСП-ОЭС требуются площади образца в диапазоне 2 см. Однако ICP-OES не может обеспечить профили по глубине, и материал приходится соскабливать с нескольких см 2 образцов электродов, что ограничивает его способность изучать местные явления.

В посмертном анализе полезны измерения ICP-OES для подтверждения растворения переходных металлов с катода путем обнаружения перемещенного материала на аноде. 16,18,19,28,151 Было показано, что это растворение способствует механизму старения анода 16,19,28,36,37 и вызывается HF. 36,37 Stiaszny et al. обнаружил концентрации переходных металлов в свежих и состаренных анодах LiMn 2 O 4 -NMC / графитовых ячеек с помощью ICP-OES. 19 Этот результат был подтвержден уменьшением высоты пика NMC в циклической вольтамперометрии. 19 Было обнаружено, что количество Mn на графитовых анодах, растворенных на катодах из смеси NMC / LiMn 2 O 4 , увеличивается с увеличением температуры 16,28 и времени 28 с помощью ICP-OES.Klein et al. сохраненный LiFe 0,3 Mn 0,7 PO 4 / LiMn 1,9 Al 0,1 O 4 смешанные катоды с различными соотношениями в электролите в течение двух недель при 60 ° C. 203 Авторы наблюдали наименьшее растворение Mn в чистом оливине, тогда как оно было на два порядка выше для чистой шпинели. 203 Для всех смесей авторы обнаружили резко уменьшенное количество растворения Mn в электролите с помощью ICP-OES. 203

Рост толщины SEI является еще одним механизмом старения и был изучен с помощью ICP-OES, ограниченного элементами Li, P и Mn и поддерживаемого EDX. 16,28 Результаты согласуются с ростом SEI за счет разложения соли LiPF 6 на аноде | электролит интерфейс. 16,28,33 Было обнаружено, что потребление циклического Li на аноде, измеренное с помощью ICP-OES, напрямую коррелирует со снижением емкости, 12,28 - с уменьшением Li в катоде и увеличением сопротивления элемента. 28 С другой стороны, обсуждается реакция электролита на поверхности анода, приводящая к высыханию элементов, что приводит к дальнейшему снижению емкости. 25,204

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) - мощный метод, позволяющий охарактеризовать материалы и химические соединения в твердом состоянии и в разбавленных растворителях. 205,206 Он предоставляет не только химическую и структурную информацию, но также информацию о транспортных свойствах и подвижности ионов, электронных, магнитных, а также термодинамических и кинетических свойствах. 207–211

Образец помещают в магнитное поле и возбуждают радиочастотным импульсом (рис. 6j).Записанный спад свободной индукции (FID) обрабатывается с помощью преобразования Фурье для получения спектра ЯМР. Требуется одно или несколько ЯМР-активных ядер (ядерный спин 0), которые служат в качестве зонда для обнаружения изменений в их химическом окружении и их электронных свойствах. Оба типа образцов, жидких и твердых, также могут быть исследованы на месте с использованием специальных измерительных установок. 212 213 Несколько авторов представили обзорные статьи, касающиеся ЯМР-спектроскопии при разработке литий-ионных клеток и посмертном анализе. 214

ЯМР - полезный инструмент для облегчения разработки новых анодных материалов на основе результатов, собранных в результате посмертных анализов. Согласно Delpuech et al., Высокая необратимая потеря емкости анодов на основе Si в основном происходит из-за разложения карбонатных растворителей с последующим образованием нелитированных углеродных частиц в олигомерной или полимерной форме. 215 Грей и его сотрудники показали, что потеря емкости и саморазряд напрямую связаны со структурными изменениями кремниевых анодов, и их можно избежать путем правильного выбора связующих. 216 Перес-Висенте и его коллеги изучили Sn 4 P 3 как возможный новый анодный материал. 217

Хотя большинство исследований ЯМР, касающихся материалов литий-ионных элементов, состоят из измерений твердотельного вращения под магическим углом (MAS), в сообществе литий-ионных элементов часто игнорируется, что это также мощный метод исследования жидкости. образцы и решения. Современные жидкие электролиты, представляющие собой смеси огромного количества органических и неорганических соединений, обеспечивают большое количество ЯМР-активных ядер, таких как 1 H, 13 C (в органических молекулах), 7 Li, 31 P, 19 F (в LiPF 6 ), в случае недавно разработанных проводящих солей, таких как LiTFSI или LiFSI, возможны даже 14 Н или 15 Н.Это огромное разнообразие активных ядер открывает множество возможностей для изучения явлений, связанных с электролитом, таких как старение, разложение электролита или образование SEI.

DeSilva et al. исследовали формирование SEI на LiNi 0,80 Co 0,2 O 2 катодах и MCMB- (1028) -углеродных анодах через твердотельный MAS ЯМР 7 Li, 19 F и 31 P. 218 Их электролиты на основе LiPF 6 представляли собой растворители на основе карбонатов (EC, EMC), содержащие фторированные добавки, такие как 1-FEC, DTFEC (бис- (2,2,2-трифторэтилкарбонат), 2,2,2-трифторэтил метилкарбонат (TFEMC) и трифенилфосфат. 218 В случае катода авторы могли определить различные количества необратимых концентраций Li для одного и того же номинального электрохимического SOC после разборки ячейки. 218 Кроме того, они могли показать, что аддитивное разложение и осаждение также происходят на катоде. 218

С анодной точки зрения были обнаружены различные количества LiF, а также продукты разложения фторированных карбонатов. Дюпре и его сотрудники исследовали старые электроды Li 4 Ti 5 O 12 и LiFePO 4 и определили их концентрации LiF. 219 Путем корреляции со снижением емкости циклической ячейки авторы смогли предложить несколько путей реакции для различных механизмов старения исследуемых электродов. 219

Люхт и его сотрудники предложили механизмы термического разложения из-за автокатализа и протонных примесей для некоторых карбонатных растворителей, часто используемых в современных электролитах, таких как DMC, EC и DEC. 220,221 Их исследование представляло собой комбинацию методов ЯМР ( 1 H, 13 C, 19 F, 31 P, DEPT, COSY и HETCOR), GC-MS и SEC и проводилось на модели. система, которая не содержала материала, собранного из устаревшего литий-ионного элемента.Однако, помимо протонных примесей, таких как H 2 O или этанол, авторы смогли идентифицировать DEC как основную причину термического разложения LiPF 6 и наблюдали ряд продуктов разложения, которые также могут изменять материалы анода и катода во время жизнь литий-ионного элемента. 220 В ходе последующего исследования они исследовали взаимодействие нескольких катодных материалов с органическими электролитами при повышенных температурах. 221 Очевидно, Li 2 CO 3 , присутствующий на поверхности катодных частиц, способен ингибировать термическое разложение органических электролитов. 221 Кроме того, продукты разложения электролита, обнаруженные в этом исследовании, были аналогичны тем, которые наблюдались на катодах, удаленных из подвергшихся термическому воздействию литий-ионных элементов. 222

Подводя итог, можно сказать, что модельные исследования, включающие измерения ЯМР в сочетании с другими методами характеризации, могут быть полезны для интерпретации данных, полученных в результате посмертного анализа старых литий-ионных клеток.

Структурная характеристика

В посмертном анализе метод дифракции рентгеновских лучей (XRD) обычно применяется для структурного анализа активных материалов в электродах (рис. 6k).Как и все дифракционные методы, XRD применим только к материалам, атомы которых обладают определенной периодичностью. XRD широко используется при диагностике многих механизмов старения, поскольку он предоставляет важную информацию о структурных изменениях, которые кристаллические активные материалы могут претерпевать во время старения. 16,34,81,135,223

Кроме того, XRD предоставляет информацию об изменениях ориентации частиц и образовании пленки на электроде | электролит интерфейс. 34,135 Последнее явление можно увидеть на XRD по уменьшению интенсивности пика. 34,135 Аналогичным образом Liu et al. показали, что уширение пиков XRD указывает на возникновение расслоения графита. 223 Кристаллические продукты разложения на поверхности анода наблюдаются дополнительными пиками. 122

XRD также позволяет обнаруживать химические реакции разложения / растворения по уменьшению объема решетки катодных частиц. Stiaszny et al. проанализировали коммерческую литий-ионную батарею со смешанным катодом LiMn 2 O 4 / NMC и графитовым анодом, циклически повторяемым при комнатной температуре. 18 Авторы измерили изменение параметров решетки состаренного активного материала NMC, на которое влияло растворение переходных металлов в электролите, что вызывает снижение количества Li в катоде. 18,19

Зависимое от температуры изменение механизма старения (покрытие Li / рост SEI) в коммерческой ячейке 18650 с графитовым анодом и катодом из смеси LiMn 2 O 4 / NMC-катод было видно в измерениях XRD по изменению постоянных решетки a и c NMC. 16 Константы решетки также коррелировали с содержанием Li, измеренным методом ICP-OES в состаренных анодах и катодах. 16 После сохранения осаждения Li путем химической реакции его поверхности с изопропанолом, с помощью порошковой дифракции рентгеновских лучей (PXRD) идентифицировали Li 2 CO 3 . 150 Результаты согласуются с измерениями EDX и FTIR. 150

XRD - это распространенный метод определения постоянных решетки кристаллических активных материалов.Однако, поскольку XRD ограничивается измерениями в объеме электрода, его часто приходится комбинировать с другими методами, например поверхностно-чувствительный метод, такой как SEM или EDX.

Анализ электролита

Разложение электролита происходит из-за побочных реакций, которые приводят к образованию нерастворимых, растворимых и газообразных продуктов. 37,224,225 Идентификация таких продуктов имеет основополагающее значение для отслеживания побочных реакций, ответственных за старение батареи. Таким образом, во многих исследованиях реализованы методы анализа электролитов и газов, образующихся при старении батареи.Наряду с жидкостной ЯМР-спектроскопией (см. Выше) хроматографические методы оказались очень успешными для определения характеристик электролитов после смерти. Основной принцип хроматографии - разделение компонентов смеси и последующее обнаружение. Разделение, например, достигается за счет разного времени удерживания в адсорбированном состоянии на стенке при прохождении через капилляр (рис. 6l). Эксперименты с другими методами часто дополняют друг друга, особенно для анализа нерастворимых продуктов; эти методы описаны в других подразделах этой рукописи.Большинство исследований, касающихся методов хроматографии, сосредоточено на смесях растворителей на основе карбоната LiPF 6 (EC, PC, DMC, EMC и DEC), поскольку они являются наиболее распространенными электролитами, используемыми в литий-ионных батареях.

Далее обзор литературы по посмертному анализу электролита и газа разделен на две основные группы: исследования с лабораторными ячейками, разработанными специально для сбора большого количества проб жидкости и газа, и исследования с коммерческими ячейками, обычно содержащими только небольшой избыток электролита, который трудно восстановить.

Анализ электролита и газа, выполненный на ячейках лабораторного масштаба

Ранние исследования 171 были выполнены после первой загрузки LiCoO 2 / графитовых элементов. Авторы применили жидкостную хроматографию в сочетании с инфракрасной спектрометрией Фурье (LC-FTIR) для анализа восстановленного электролита, который предоставил алкилдикарбонаты в качестве основного растворимого соединения, образующегося при разложении электролита. 171

Газовая хроматография (ГХ) в сочетании с детектором теплопроводности (GC-TCD) позволила наблюдать H 2 , CO, CO 2 , CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 и C 3 H 8 при первой зарядке.Чтобы понять механизм образования алкилдикарбонатов, Sasaki et al. провели посмертный анализ ГХ-масс-спектрометрии (ГХ-МС) электролита, извлеченного после циклирования литий / графитовых полуэлементов. 226 Присутствие алкилдикарбоната было подтверждено, и параллельное химическое моделирование показало, что алкоксиды Li могут запускать образование алкилдикарбоната. 226

Стремясь понять восстановительное разложение LiPF 6 -карбонатных растворителей, группа Ларуэля 227–229 провела посмертный анализ электролита и газа на лабораторных ячейках.Авторы использовали ионизацию электрораспылением в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения (ESI-HRMS) и GC-MS для анализа электролитов, хотя другой набор капиллярных колонок был реализован для GC-MS анализов задержанного газа. Параллельное использование этих методов позволяет обнаруживать соединения в широком диапазоне масс, таким образом, был выяснен общий механизм разложения электролита. 228,229 Авторы обнаружили, что большинство соединений разложения, полученных в результате линейного восстановления карбоната, обеспечивают алкоксиды Li, которые дополнительно запускают этерификацию электролита, в то время как двухступенчатое восстановление EC было менее важным.

С другой стороны, следы H 2 O в LiPF 6 приводят к образованию POF 3 , HF и LiF. Этот механизм усиливается за счет температуры, следовательно, в литературе также можно найти тесты хранения электролита с использованием хроматографических анализов. 230–234 Terborg et al. 230 исследовали механизмы термического старения и гидролиза LiPF 6 с помощью ионной хроматографии (IC) в сочетании с ESI-MS. В этих исследованиях интересно отметить, что реализация IC позволяет обнаруживать HF в электролитах благодаря идентификации F - .Kraft et al. 234 изучили продукты разложения электролитов LP30 и LP50 при термическом старении, разработав методы разделения и сравнив надежность трех различных колонок IC. Более того, авторы объединили IC-ESI-MS-MS для идентификации новых фосфорорганических соединений. 234 Handel et al. исследовали термическое разложение смесей EC / DEC + LiPF 6 с загрязнением деионизированной водой, применяя ГХ-МС для анализов жидких электролитов и ГХ-МС над паром для анализов летучих соединений. 233 Также были выполнены дополнительный ЯМР и кислотное титрование. Авторы пришли к выводу, что старение электролита протекает с низкой скоростью, поскольку исключаются каталитические поверхности, окружающий воздух и протонные примеси. 233

Анализ электролита и газа, выполняемый на коммерческих элементах

Хроматографические методы также применялись для анализа электролита и газа, взятого из коммерческих литий-ионных аккумуляторов. 83,225,235–238 Задача состоит в том, чтобы применить знания, полученные в результате анализов на ячейках лабораторного масштаба, на коммерческих, чтобы указать пути разложения электролитов в соответствии с заданным протоколом старения.Идентификация нежелательных продуктов реакции может указать на будущую оптимизацию коммерческих ячеек. Тем не менее, метод отбора проб имеет решающее значение, поскольку коммерческие ячейки обычно не имеют ни избытка электролита, ни газовых карманов.

Kumai et al. спроектировал сосуд "газовыделения" для отбора проб газа из графитовых ячеек LiCoO 2 после циклических испытаний, перезарядки и переразряда. 235 CO 2 , CO, CH 4 , C 2 H 6 и C 3 H 8 были обнаружены с помощью анализа GC-TCD и ГХ в сочетании с пламенно-ионизационным детектором (GC -FID).Terborg et al. восстановил электролит из промышленной ячейки после 1400 циклов промывкой сепараторов, анода и катодов в ПК. 237 Затем растворы подвергали анализу ГХ-МС. 237

Совсем недавно было представлено оборудование GC-FTIR-MS 236 как полезный метод для анализа газов из набухшей коммерческой ячейки. Улавливание газа проводили в перчаточном боксе, наполненном аргоном, путем прокалывания мешка для ячеек с герметичным шприцем. Авторы идентифицировали CO, CO 2 , CH 4 и C 3 H 8 на графике ГХ / FTIR Грама-Шмидта, тогда как хроматограмма ГХ / МС позволила обнаружить другие менее распространенные летучие соединения. 236 Дополнительные анализы электролитов с помощью ГХ-МС позволили обнаружить алкилдикарбонаты и более длинные карбонатные цепи, а также органофосфатные соединения, что указывает на то, что следы воды, присутствующие в коммерческом элементе, играют роль в разложении электролита. 236

Grützke et al. восстановленный электролит из литий-ионных элементов на основе NMC 5 Ач, которые были испытаны в полевых условиях в HEV. 83 Клапан давления каждой ячейки был раздавлен, и электролит был собран. 83 Анализ ГХ-МС выявил компоненты электролита, в то время как анализ ГХ-ПИД позволил оценить состав. 83 С помощью IC-ESI-MS авторы обнаружили виды F - и PO 2 F 2 - при открытии ячеек в инертной атмосфере, тогда как HPO 3 F - и H 2 PO 4 - также были обнаружены при открытии во влажной среде. 83 В промышленных ячейках следы воды кажутся неизбежными из-за гигроскопичности LiPF 6 , затем электрохимическое / химическое разложение электролита, которое приводит к этерификации растворителя, сопровождается образованием органофосфатов, поскольку продукты разложения реагируют с POF 3 . 228

Чтобы понять влияние добавок, необходимо провести посмертный анализ деградированных электролитов и образовавшегося газа в ячейках лабораторного масштаба 239 , а также на более крупных прототипах. 225 Более того, методы посмертной хроматографии начинают применяться для оценки новых составов электролитов, предназначенных для приложений высокого напряжения, для которых окисление электролита и термическое разложение являются основными проблемами, которые необходимо решить.

Электрохимический анализ повторно собранных электродов

Реконструкция в полуэлементы

Посмертные электрохимические характеристики могут быть выполнены в ячейках путем реконструкции анодов или катодов вместе с металлическим Li в качестве противоэлектрода. 12,17–19,34,88 Для электродов с двусторонним покрытием необходимо удалить одно покрытие, например с помощью N-метилпирролидона 88 или с помощью лазерного гашения. 87,90

Электроды, извлеченные из свежих клеток и из старых клеток, исследуются в соответствии с одними и теми же протоколами. Целями этих электрохимических испытаний являются (i) определение остаточной (или оставшейся) емкости электродов (в мАч / см 2 ) и (ii) измерение обратимой емкости (в мАч / см 2 ) с учетом что элементы обязательно были разобраны в одном и том же SOC (часто 0% SOC).

Для отрицательного электрода / литиевых ячеек первый электрохимический тест заключается в заряде для извлечения лития из анода (делитирование). В то время как для положительного электрода / литиевых ячеек первые испытания заключаются в разряде для введения лития в катод (литиирование). Соответствующие емкости являются остаточными емкостями электродов. Для получения обратимых емкостей отрицательный электрод в полуэлементе снова литируется, а положительный электрод - литиирован.

В электродах, извлеченных из свежих ячеек, остаточная емкость позволяет оценить начальную необратимость ячейки из-за образования слоя SEI на этапе формирования. 46 Реверсивная мощность раскрывает начальную балансировку. 12

В старых электродах изменение остаточной емкости указывает на потребление Li в побочных реакциях, а изменение обратимой емкости служит для отслеживания дисбаланса клеток при старении, а также для правильного определения механизма старения. 17,46

На рисунке 8 показан принцип определения емкости в монетных половинках. Следует отметить, что следует соблюдать осторожность при использовании указанного метода определения емкости, если в электроде присутствуют неоднородности из-за ошибок изготовления или старения.Один из способов преодоления этой проблемы - не учитывать среднюю поверхностную емкость (в мАч / см 2 ) образцов, а учитывать средний вес образцов, собранных со «свежих» электродов перед созданием плоских ячеек для расчета и сравните массовую емкость (в мАч / г).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Процедура электрохимических измерений в собранных монетных полуячейках.

Кобаяши и др. предложили аналогичную процедуру определения емкости каждого электрода. 12 Они исследовали LiMn 2 O 4 / LiNi 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2 смешанный катод по сравнению с . - анодная система из угольного графита. 12 Остаточная емкость катодов, собранная из элементов после циклического или календарного старения (преобразованная в SOC катода в состоянии разряда), увеличилась по сравнению со значением, полученным для свежего элемента. 12 Авторы продемонстрировали, что существует взаимосвязь между сохранением емкости исследуемой ячейки и SOC катода в состоянии разряда (идентично с напряжением холостого хода полукруглого элемента, которое определяет состояние литиирования). электрода). 12 Это говорит о том, что ионы Li не только необратимо накапливаются на анодной стороне в начальном цикле образования SEI, но также постоянно накапливаются во время циклического или календарного старения. Аналогичные результаты были получены другими методами. 16,28

Aurbach et al. повторно собраны свежие и проверенные электроды из ячейки 18650 с угольными анодами и катодами из LiCoO 2 в ячейки с литиевыми противоэлектродами и электродами сравнения. 34 Авторы выполнили тесты циклической вольтамперометрии (CV) и спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) с этими повторно собранными ячейками. 34 Из измерений CV и EIS они заметили, что кинетика состаренных анодов замедляется по сравнению со свежими анодами. 34 Причина - рост толстой поверхностной пленки при старении. 28,34,135,240

Такие базовые электрохимические тесты в конфигурации полуячейки предлагают изображение реального состояния литиирования каждого электрода полной ячейки в состоянии разряда. Оставшиеся емкости могут косвенно привести к необратимому накоплению ионов Li в аноде, что может быть подтверждено также химическим анализом анода с помощью ICP-OES. Обратимые емкости позволяют оценить эволюцию вводимой способности основной структуры каждого электрода и определить наиболее значимый фактор замирания емкости.Ключевым вопросом является согласованность повторно собранных ячеек, поэтому по крайней мере две ячейки должны быть построены из одних и тех же электродов.

Реконструкция в полные ячейки с электродами сравнения

Дополнительно к реконструкции анода или катода в полуэлементы по сравнению с . Li, 12,34,81 можно построить полные ячейки, используя анод, катод и дополнительный электрод сравнения (RE). 75,87,241 УЭ позволяет получать потенциалы как анода, так и катода во время зарядки и разрядки. 87 Отметим, что измерения в полуячейках дают другой результат, так как взаимодействие между анодом и катодом отсутствует.

Стабильность во времени потенциала RE имеет фундаментальное значение и зависит от температуры испытания и природы электрохимической пары, выбранной в качестве RE (Li + / Li, 16,241–257,90 FePO 4 / LiFePO 4 , 258 двухфазные пары, такие как Li 4 Ti 5 O 12 / Li 7 Ti 5 O 12 , 258–261 Сплавы Li, такие как Li32 908 / Sn, 262,263 Li x Al / Al, 264 или Li x Bi / Bi 265 ).

Как известно, позиция RE особенно важна. Например, в водных системах хорошо зарекомендовал себя капилляр Луггина-Габера, который расположен (i) рядом с рабочим электродом и (ii) между закупоривающим и противоэлектродом. 266 Недавно Hogg и Wohlfahrt-Mehrens выполнили измерения в 4-электродных полных ячейках с двумя RE. 241 Авторы обнаружили, что положение RE между анодом и катодом также очень важно для правильного измерения анодных потенциалов в полностью литий-ионной ячейке. 241

Ramadass et al. повторно собранные Т-клетки против . Li с графитовых анодов и катодов LiCoO 2 от коммерческих ячеек 18650 (800 циклов при КТ). 81 Повторно собранные элементы были встроены в перчаточный ящик с использованием сепаратора от разобранного старого элемента Sony и 1 M LiPF 6 в EC: DMC = 1: 1 в качестве электролита. 81 Графитовый анод и катод NCA из коммерческих высокоэнергетических ячеек типа 18650 были недавно повторно собраны в 3-х электродные полные ячейки с дополнительным литиевым электродом сравнения. 87 Используя этот метод, можно было измерить потенциал анода по сравнению с . Li / Li + и, следовательно, для определения условий осаждения Li. 87,90 Следовательно, могут быть разработаны оптимизированные процедуры зарядки для предотвращения осаждения лития в коммерческих элементах 18650 и значительного увеличения срока службы батареи. 87

В дополнение к измерениям электродных потенциалов с помощью RE, также возможно выполнять измерения импеданса как анода, так и катода, извлеченных из свежих и состаренных ячеек, одновременно при различных состояниях заряда. 261 Этот тип измерения требует оптимизации морфологии УЭ и его размещения внутри ячейки для получения надежных спектров импеданса.

Положение RE важно для получения надежных значений потенциала и импеданса. 248 Dees et al. смоделировали распределение потенциала электролита внутри ячейки, чтобы найти наилучшее расположение RE внутри ячейки-пакета. 267 Другие статьи 248 249 268 показывают искажения или артефакты смоделированных спектров импеданса комбинированных геометрических и электрических асимметрий в электродах.Эти артефакты часто представляют собой индукционные петли в низкочастотной области одного из электродов.

В любом случае очень важно держать электроды в строго контролируемых условиях. 75 Itou et al. повторно собраны электроды из циклически проработанных ячеек вместе со свежими электродами в новые ячейки с литиевым электродом сравнения, чтобы измерить увеличение сопротивления электродов. 75 С помощью этого метода авторы обнаружили, что катод в основном отвечает за увеличение сопротивления во время циклирования при 60 ° C. 75 Последовательно, FIB / SEM и XAFS выявили трещины на границах границ зерен внутри частиц и локальные изменения в катоде LiNi 0,8 Co 0,15 Al 0,05 O 2 соответственно. 75

Следует отметить, что еще одна конфигурация для посмертных испытаний импеданса представляет собой симметричные круглые ячейки с электродами той же полярности. Это позволяет оценивать каждый электрод без влияния противоэлектрода или RE. 269,270 Недостатком этой конфигурации является то, что полное сопротивление может быть получено только в одном уникальном состоянии лития, соответствующем SOC элемента перед разборкой.

Альтернативным решением может быть интеграция RE непосредственно в все еще функционирующую промышленную ячейку без разборки и реконструкции электродов. Этот подход сложен, поскольку необходимо обеспечить надлежащее повторное запечатывание ячеек.

Как подробно описано в разделе «Физико-химический анализ состаренных материалов после разборки литий-ионных элементов», каждый метод физико-химического анализа имеет свои определенные преимущества и недостатки, позволяя наблюдать только определенные аспекты механизма старения, не имея возможности охарактеризовать других.Например, поверхностно-чувствительные методы не могут получить доступ к объемным свойствам электродов. Напротив, методы, чувствительные к массе, смешивают свойства поверхности со свойствами массы электрода. Поскольку объем обычно намного больше поверхности, влияние поверхности на измерение часто незначительно. Методы профилирования по глубине обнаруживают как поверхность электрода, так и объем, однако они не обнаруживают морфологических или структурных изменений.

Требуемые возможности метода анализа сильно зависят от наблюдаемого механизма старения.На рисунке 9 показан схематический обзор механизмов деградации электродов и материалов, которые часто не упоминаются в литературе. Деградация электродов включает нарастание пленок на поверхности электродов (разложение электролита 16,18,26,28,40,122 или осаждение лития 25,45,72 ), засорение пор электродов или разделителя, 37 отслоение электрода. сепаратор, 42,95 трещины в покрытии электрода 32,42,223 или деформация электродов или сепаратора. 9,14,32

Деградация материала включает трещины частиц, 42,74,75,129,130 ​​ расслоение, 37 изменения на поверхности частиц, 37,158 образование пленки на частицах, 37,271 растворение / миграция переходных металлов, 36,37,272 разложение электролита, 175,228,229 или закрытие пор сепаратора (например, под действием приложенного давления). 134 273 Соответствующие рекомендуемые методы анализа показаны на Рисунке 9.

На рис. 10 показан обзор возможностей методов анализа, подробно обсуждаемых в разделе «Физико-химический анализ состаренных материалов после разборки литий-ионных элементов». Зеленый, оранжевый и красный цвета указывают на хорошую, ограниченную и отсутствие возможности обнаружения конкретного механизма старения соответственно. Из рисунка 10 ясно видно, что возможности различных методов анализа широко распространены, но нет метода, который бы охватывал все механизмы старения. Поэтому мы даем четкую рекомендацию исследовать образцы с помощью различных дополнительных методов анализа, чтобы получить полное представление о механизмах старения в литий-ионных элементах.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 10. Обзор методов анализа и явлений, которые они могут обнаружить. Зеленый, оранжевый и красный цвета указывают на хорошую, ограниченную и отсутствие возможности обнаружения конкретного механизма старения соответственно.

Разборка литий-ионных батарей является обязательной для сбора образцов для определения механизмов старения и улучшения материалов, включая пошаговое улучшение современных материалов, а также разработку новых поколений материалов.

В данной статье рассматриваются современные процедуры посмертного анализа старых литий-ионных клеток. В частности, подробно рассматриваются методы разборки старых литий-ионных элементов, а также физико-химический анализ их компонентов.

Химически инертная среда во время открытия ячейки имеет решающее значение для обеспечения надежных результатов с образцами, чувствительными к воздуху, и безопасной работы экспериментатора. Для последующей обработки образцов рекомендуется промыть электроды в растворителе, который уже входит в состав электролита (например,грамм. DMC) для поддержания качества образцов. Однако на данный момент не совсем ясно, как промывка влияет на слои SEI на электродах. Опытный экспериментатор, использующий соответствующее оборудование для вскрытия ячеек, является обязательным для получения интерпретируемых результатов при анализе образцов, полученных из литий-ионных ячеек.

Доступные методы физико-химического анализа для посмертного анализа литий-ионных аккумуляторов были рассмотрены и включают микроскопию, химические методы, чувствительные к поверхности электродов и объему электродов, а также методы анализа электролитов и реконструкции электродов на половину и полные ячейки с электродом сравнения.В последнем случае существует значительная разница между реконструкцией в половинные и полные ячейки. Полуячейки с анодами или катодом против . Литиевый противоэлектрод обеспечивает емкость отдельных электродов. Напротив, реконструкция анодов и катодов в 3-электродные ячейки с дополнительным электродом сравнения содержит информацию о взаимодействии между анодом и катодом. Таким образом, 3-электродные ячейки позволяют получить представление об сопротивлениях электродов и потенциалах электродов, которые имеют решающее значение для основных механизмов старения (например,грамм. Li-покрытие для отрицательных анодных потенциалов).

Каждый метод физико-химического анализа позволяет наблюдать только определенные аспекты разложения литий-ионных аккумуляторов. Поэтому рекомендуется исследовать образцы с помощью ряда дополнительных методов анализа, чтобы получить полную картину механизмов старения. Комбинируя рассмотренные методы, можно охарактеризовать все соответствующие части ячеек (аноды, катоды, сепараторы и электролиты) с точки зрения их микроструктуры, кристаллографической структуры и химического состава.

Только благодаря детальному знанию механизмов старения современные материалы могут быть удовлетворительно улучшены и разработаны новые материалы, отвечающие требованиям и требованиям будущих приложений использования батарей в виде повышенной мощности и плотности энергии. Таким образом, мы считаем процедуры, рассмотренные в этой статье, подходящими для разборки элементов будущих поколений батарей с увеличенной мощностью и плотностью энергии, после небольшого изменения метода разборки, если это необходимо.

Этот обзор был написан в рамках проекта MAT4BAT (http://mat4bat.eu/) и получил финансирование от Седьмой рамочной программы Европейского сообщества (FP7 / 2007-2013) в рамках грантового соглашения № 608931.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *