Frozen aqueous solutions are an important subject of study in numerous scientific branches including the pharmaceutical and food industry, atmospheric chemistry, biology, and medicine. Here, we present an advanced environmental scanning electron microscope methodology for research of ice samples at environmentally relevant subzero temperatures, thus under conditions in which it is extremely challenging to maintain the thermodynamic equilibrium of the specimen. The methodology opens possibilities to observe intact ice samples at close to natural conditions. Based on the results of ANSYS software simulations of the surface temperature of a frozen sample, and knowledge of the partial pressure of water vapor in the gas mixture near the sample, we monitored static ice samples over several minutes. We also discuss possible artifacts that can arise from unwanted surface ice formation on, or ice sublimation from, the sample, as a consequence of shifting conditions away from thermodynamic equilibrium in the specimen chamber. To demonstrate the applicability of the methodology, we characterized how the true morphology of ice spheres containing salt changed upon aging and the morphology of ice spheres containing bovine serum albumin. After combining static observations with the dynamic process of ice sublimation from the sample, we can attain images with nanometer resolution.

• MeSH
• artefakty MeSH
• led * analýza   MeSH
• mikroskopie elektronová rastrovací * metody   MeSH
• nízká teplota MeSH
• počítačová simulace MeSH
• sublimace chemická MeSH
• termodynamika MeSH
• zmrazování MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH

Freezing and lyophilization have been utilized for decades to stabilize pharmaceutical and food products. Freezing a solution that contains dissolved salt and/or organic matter produces pure primary ice crystal grains separated by freeze-concentrated solutions (FCS). The microscopic size of the primary ice crystals depends on the cooling conditions and the concentration of the solutes. It is generally accepted that primary ice crystals size influences the rate of sublimation and also can impact physico-chemical behaviour of the species in the FCS. This article, however, presents a case where the secondary ice formed inside the FCS plays a critical role. We microscoped the structures of ice-cast FCS with an environmental scanning electron microscope and applied the aggregation-sensitive spectroscopic probe methylene blue to determine how the microstructure affects the molecular arrangement. We show that slow cooling at -50 °C produces large salt crystals with a small specific surface, resulting in a high degree of molecular aggregation within the FCS. In contrast, fast liquid nitrogen cooling yields an ultrafine structure of salt crystals having a large specific surface area and, therefore, inducing smaller aggregation. The study highlights a critical role of secondary ice in solute aggregation and introduces methylene blue as a molecular probe to investigate freezing behaviour of aqueous systems with crystalline solute.

• MeSH
• led * MeSH
• lyofilizace MeSH
• methylenová modř * MeSH
• roztoky MeSH
• voda chemie   MeSH
• zmrazování MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH

Úvod: Syndrom DiGeorge je vrozené onemocnění asociované s vývojovými poruchami, mezi něž patří hypoplazie, aplazie nebo patologická migrace thymu. Příčinou onemocnění je delece genů na 22. chromozomu, označovaná jako del22q11. Patologie thymu spojená se syndromem DiGeorge by teoreticky měla způsobovat těžkou poruchu imunity. Proto jsme prospektivně sledovali soubor dětí s prokázanou delecí del 22q11. Pacienti a metody: U 14 chlapců a 23 dívek ve věku 4 dny až 19 let jsme provedli jedno až šest opakovaných vyšetření. Imunologické vyšetření bylo zaměřeno na vyšetření T lymfocytů a jejich funkcí. Vzhledem k předpokládané úloze thymu při selekci T lymfocytů jsme dále sledovali přítomnost dvojitě pozitivních CD4+CD8+ a g/d T lymfocytů v periferii. Výsledky: Nízký počet T lymfocytů jsme nacházeli u většiny pacientů do dvou let věku. U všech dětí se syndromem DiGeorge, které byly mladší než dva roky, byla ve srovnání s kontrolami překvapivě zvýšená spontánní i stimulovaná proliferace. Jak počet T lymfocytů, tak jejich proliferační aktivita se v průběhu vývoje u většiny pacientů normalizovala. Dvojitě pozitivní T buňky jsme zachytili u jednoho chlapce současně s pozitivitou antinukleárních protilátek. Počet g/d T buněk byl vyšší než 5% u 21% dětí. V průběhu pětileté prospektivní studie jsme dosud u pacientů nepozorovali závažné klinické známky imunodeficience nebo autoimunity s výjimkou recidivujících respiračních infektů, které bylo možné dobře kontrolovat antibiotickou terapií. Závěr: U všech pacientů se syndromem DiGeorge jsme pozorovali v souladu s poruchou funkce thymu v období vývoje imunitního systému sice opožděný, ale rozvíjející se obraz imunitních funkcí. Přesný patogenetický mechanismus těchto pochodů zatím není znám, ale s poznáváním genů v kritické oblasti 22. chromozomu lze očekávat v blízké době zásadní poznatky.

Syndrome DiGeorge is relatively common congenital disorder with developmental defects including hypoplasia, aplasia or pathological migration of thymus, associated with deletion of contiguous genes on chromosome 22. Thymus pathology associated with DiGeorge syndrome should theoretically cause the profound immunodeficiency. We then followed, on the prospective basis, the cohort of children with confirmed 22q11 deletion. Patients and methods: One up to six repeated investigations was performed in 14 boys and 23 girls, in the age range from 4 days to 19 years. Immune investigation focused on T lymphocytes and their function. Due to the proposed role of thymus in T lymphocyte selection we followed the presence of double positive CD4+CD8+ and g/d T lymphocytes in the periphery. Results: Low number of T lymphocytes was detected in majority of patients before the age of 2 years. Both spontaneous and PHA induced proliferation was unexpectedly increased in comparison with normal samples in all tested children less then 2 years old. Both T cell numbers and T lymphocyte proliferation normalized thereafter in majority of patients. Double positive T cells were detected in one boy, together with transient positivity of antinuclear antibodies. g/d T cells were higher than 5% in 21% of children. In the 5 years long prospective study we did not yet observe serious clinical signs of immunodeficiency or autoimmunity in patients besides repeated respiratory infections that were successfully controlled by antibiotic therapy. Conclusion: All patients, classified as partial DiGeorge syndrome, presented with delayed but gradual development of immune function on the background of impaired support of thymic tissue.

• MeSH
• delece genu MeSH
• DiGeorgeův syndrom diagnóza   etiologie   imunologie   MeSH
• dítě MeSH
• dospělí MeSH
• kojenec MeSH
• lidé MeSH
• lidské chromozomy, pár 22 MeSH
• mladiství MeSH
• novorozenec MeSH
• prospektivní studie MeSH
• syndromy imunologické nedostatečnosti diagnóza   etiologie   MeSH
• T-lymfocyty fyziologie   růst a vývoj   MeSH
• thymus fyziologie   MeSH
• Check Tag
• dítě MeSH
• dospělí MeSH
• kojenec MeSH
• lidé MeSH
• mladiství MeSH
• mužské pohlaví MeSH
• novorozenec MeSH
• ženské pohlaví MeSH
• Publikační typ
• srovnávací studie MeSH