Коллоидный журнал

Инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи, стимулируют разработку поверхностей с длительно сохраняющейся антимикробной активностью, способных дополнять традиционные процедуры очистки и дезинфекции. Среди таких материалов особое место занимают медь и медьсодержащие покрытия. В обзоре с коллоидно-химических позиций рассмотрены механизмы взаимодействия бактериальных клеток с медьсодержащими, в том числе иерархически структурированными, поверхностями и проанализирована связь между их физико-химическими характеристиками, антимикробной активностью и эффективностью в условиях медицинских учреждений. Обсуждаются межфазные силы, определяющие первичную адгезию бактерий, роль топографии и смачивания, высвобождение и биодоступность ионов Cu(I)/Cu(II), повреждение клеточных мембран, окислительный стресс и механобактерицидное действие микро- и нанорельефа. Показано, что иерархическое структурирование и экстремальная смачиваемость не обеспечивают универсального повышения антимикробной эффективности: их влияние определяется состоянием границы раздела, составом загрязняющей среды, влажностью, характером контакта и условиями эксплуатации. Особое внимание уделено различиям между лабораторными испытаниями при мокром и сухом контакте, влиянию органических загрязнений, санитарной обработки и износа, а также ограничениям переноса лабораторных результатов на клинические условия. В исследованиях, проведенных в медицинских учреждениях, снижение микробной контаминации медных поверхностей по сравнению с контрольными материалами выявляется значительно более воспроизводимо, чем снижение частоты клинически диагностируемых инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи. Сформулированы физико-химические критерии проектирования и испытания медьсодержащих поверхностей, согласно которым ключевым показателем является не максимальная бактерицидность свежего материала, а сохранение антимикробной функции после многократных циклов загрязнения, испарения жидкости, касания, очистки и дезинфекции.

Построено точное аналитическое решение нелинейного уравнения диффузии–реакции, описывающего стационарный массоперенос от сферической частицы в окружающую реакционно-активную среду со степенной зависимостью коэффициента диффузии от концентрации. Показано, что степенной профиль существует только при строгой связи между числом Дамкёлера и показателем нелинейности. Определен допустимый интервал показателя, гарантирующий положительность коэффициента диффузии и конечность полной скорости реакции. Выведена формула для числа Шервуда, которое зависит исключительно от показателя нелинейности.

Исследованы закономерности динамической сорбции ионов рубидия из водных растворов на активированном угле ОКМ-2, полученном окислением азотной кислотой угля КМ-2, в колонке с неподвижным слоем. Установлено влияние высоты сорбционного слоя и начальной концентрации ионов Rb⁺ на форму выходных кривых и динамические характеристики процесса. Показано, что при фиксированной начальной концентрации C₀=0.050 мг/см³ увеличение высоты слоя с 6 до 12 см сопровождается ростом объема проскока, рабочей динамической емкости и степени использования сорбента η при практически неизменной полной динамической емкости. Рассчитана высота «мертвого слоя» L_м=5.3 см, определяющая нижнюю границу эффективной загрузки колонки. Аппроксимация выходных кривых моделями Томаса, Бохарта–Адамса, Юна–Нельсона, Кларка и модифицированного отклика показала, что наилучшее описание достигается при высоте слоя 9 см. Показана возможность регенерации угля ОКМ-2 раствором HCl с сохранением сорбционной активности в первых циклах адсорбции–десорбции. Установлено, что присутствие конкурирующих катионов Na⁺ и K⁺ существенно снижает эффективность извлечения Rb⁺, причем ионы K⁺ оказывают более выраженное подавляющее действие вследствие близости их физико-химических характеристик к характеристикам ионов рубидия.

Силовое поле фиксированного заряда Madrid-2019 применяет подход масштабированных зарядов для описания солевых растворов. В работе оценена его пригодность в сочетании с потенциалом TraPPE-UA для моделирования межфазных свойств в системах н-додекан–водный раствор галогенида (NaCl, KCl, MgCl₂, CaCl₂, KBr, MgBr₂ и KI) для растворов низкой и высокой моляльности при постоянной температуре 293 K. Также рассмотрены двухсолевые растворы NaCl–CaCl₂ в температурном диапазоне 293–373 K. Расчёты проводились методом классической молекулярной динамики при давлении 101 кПа. Модели воспроизводят линейную зависимость избыточного межфазного натяжения от моляльности для хлоридов и качественно согласуются с экспериментом для хлоридов одновалентных катионов. Концентрационная зависимость ионного поверхностного избытка количественно согласуется с термодинамической оценкой для KCl. Для CaCl₂ модель хорошо воспроизводит нелинейность концентрационной зависимости адсорбции диссоциированных ионов. Наблюдается умеренное для бромидов (KBr, MgBr₂) и значительное для иодида (KI) расхождение рассчитанного межфазного натяжения системы с экспериментальными данными, что может быть связано с недооценкой адсорбции поляризуемых ионов I⁻ и Br⁻. Для смеси NaCl–CaCl₂ установлена аддитивность вкладов солей в избыточное межфазное натяжение. Профили плотности сохраняют особенности индивидуальных растворов и не выявляют отдельного эффекта смешения. Определены зависимости избыточного межфазного натяжения от состава раствора и температуры.

Пенообразующие и эмульгирующие свойства природных и модифицированных солей гуминовой кислоты зависят от содержания добавок в системе, при этом максимальная активность наблюдается в строго определенных диапазонах их концентраций. Этоксилированный гумат натрия по сравнению с нативным образцом проявляет более выраженные стабилизирующие свойства при получении пен и водных эмульсий, образованных ароматическим и алифатическим углеводородами. Соли гуминовых кислот, содержащие аминогруппы, проявляют пенообразующие и эмульгирующие свойства в слабокислой области рН, тогда как нативный образец проявляет максимальные диспергирующие свойства только в нейтральной области рН. Использование этанола в качестве со-ПАВ улучшает пенообразующие и эмульгирующие свойства солей гуминовых кислот.

Исследованы закономерности адсорбции гептаноилгидразона ацетона (потенциального реагента-собирателя для флотации сульфидных руд цветных металлов) на халькопирите и пирите при рН 9.0 и 11.0 и температурах 293, 303 и 313 К. Установлено, что модель псевдовторого порядка наиболее корректно описывает кинетику адсорбции на халькопирите. Для пирита выбор модели зависит от pH среды; при этом константы скорости снижаются с ростом температуры. Равновесное состояние адсорбции реагента на обоих минералах с высокой степенью достоверности описывается моделью Лэнгмюра. Значения изостерической теплоты адсорбции на халькопирите (90.0 кДж/моль (pH 9) и 108.4 кДж/моль (pH 11)) типичны для хемосорбции; на пирите (57.4 и 50.1 кДж/моль соответственно) они значительно ниже диапазона, характерного для выраженной химической адсорбции. Предполагаемый механизм адсорбции на халькопирите: при pH 9.0 — взаимодействие нейтральной формы реагента с поверхностными центрами; при pH 11.0 — образование хелатов с участием депротонированной формы реагента. Данные по углам смачивания согласуются с результатами адсорбционных исследований: хемосорбция реагента на халькопирите увеличивает гидрофобность поверхности, особенно при pH 11.0, где прирост угла составляет 8–13°, тогда как на пирите изменений не наблюдается.

Получены и охарактеризованы наночастицы комплексов бычьего сывороточного альбумина с дексаметазоном натрия фосфатом как модели систем доставки глюкокортикостероида с эффективностью инкапсулирования 57±1% и пролонгированным высвобождением. Размер наночастиц составил 70–100 нм, ζ-потенциал –15.5 мВ соответственно. Комплексом методов изучено межмолекулярное взаимодействие дексаметазона с альбумином в растворах и в составе наночастиц. Определены константы тушения флуоресценции белка, константы связывания, число сайтов связывания для системы альбумин–дексаметазон при разных температурах в интервале 288–308 К и составы образующихся комплексов в средах с различным pH. Показано, что тушение флуоресценции альбумина в присутствии дексаметазона обусловлено статическим механизмом тушения. Значения термодинамических параметров комплексообразования дексаметазона с альбумином (∆H=–46.33 кДж/моль, ∆S=–70.38 Дж/(моль∙K), ∆G=–25.36 кДж/моль (298 К)) указывают на то, что основную роль в связывании дексаметазона натрия фосфата бычьим сывороточным альбумином в физиологических условиях играют Ван-дер-Ваальсовое взаимодействие и водородные связи. Кинетические данные высвобождения дексаметазона из наночастиц альбумина в условиях in vitro лучше всего описываются математической моделью Корсмейера–Пеппаса.

Colloidal crystals have attracted significant attention in photonic devices, sensing materials, and smart soft matter due to their unique structural and functional properties. However, conventional self-assembly processes often suffer from limited structural controllability, difficulty in defect regulation, and insufficient fabrication efficiency. In recent years, physical confinement strategies have emerged as an effective approach for achieving efficient and ordered colloidal crystal assembly by regulating particle transport, nucleation, and crystal growth processes. This review systematically summarizes recent advances in the dynamics of colloidal structures under physical confinement based on the framework of “confinement geometry–fabrication methods–research approaches–behavioral mechanisms”. Particular emphasis is placed on the effects of different confinement conditions on colloidal assembly processes, experimental characterization and theoretical simulation methods, as well as key mechanisms including entropy-driven ordering, kinetic–thermodynamic competition, nonequilibrium effects, and defect evolution. Finally, the unresolved challenges and future opportunities in this field are discussed, and emerging directions for further development are proposed.

The requisite phase separation of water-in-oil emulsions constitutes one of the most fundamental and ubiquitous processes within the chemical and petroleum industries. Consequently, well-established conventional methodologies, such as the application of electrical demulsification (or electrostatic coalescence), are employed to mitigate these stability issues. This research study investigated the electrical demulsification (or electrostatic coalescence) process of Dura crude oil emulsions. The core objective was to evaluate and analyze the separation performance of these emulsions under the influence of several interacting operational factors. The adopted methodology focused on the synergistic effects of three primary variables: applied voltage, temperature, and treatment time. The experimental conditions utilized the following parameters: applied voltages of 500, 2000, and 5000 V, temperatures of 30, 50, and 70°C and treatment times of 15, 30, and 60 min. The experimental findings clearly indicated that while each factor exerted a specific influence on demulsification efficiency, their combination produced a synergistic effect that enhanced the separation process. The optimal separation efficiency achieved in this study was 40%, attained under the specific operating conditions of 2000 V, 30 min, and 70°C. Furthermore, the study included an examination of the effect of dispersed droplet size on emulsion stability, which was controlled by adjusting homogenization parameters (time and speed). It was explicitly demonstrated that reducing the size of the water droplets resulted in emulsions with higher stability, thereby rendering the subsequent separation of these emulsions significantly more challenging.

Mercury (II) is a highly toxic substance that causes nerve and kidney damage or even death. This study reports the development of a simple and economical method for the detection of mercury (II) by using a PVP−AgNPs-based colorimetric sensor. Chemical reduction method was used to prepare polyvinylpyrrolidone-functionalized silver nanoparticles (PVP−AgNPs). The yellow PVP−AgNPs became colorless in response to the addition of mercury (II) and showed a blue-shift in UV−Vis absorption spectra. The visible detection limit was found to be 10 μM. For the current detection, the limit of detection was calculated to be 1.12 μM in the 10−90 μM linear detection range. PVP−AgNPs embedded in agarose gel provided a stable and porous sensing matrix for the selective detection of mercury (II), where interaction of AgNPs with mercury (II) induced a distinct color change, enabling simple visual monitoring. The sensor could operate well in the temperature range of 15 to 55°C, pH range of 3 to 9 and salinity range of 0.1 to 1%. This study concluded that PVP−AgNPs can be useful in developing colorimetric assays for the detection of mercury (II).