Коллоидный журнал

Обсуждается оригинальная методика исследования кинетики агрегации коллоидных растворов, основанная на совместном применении методов динамического и статического светорассеяния. Теоретическое обоснование предлагаемой методики проводится на основе концепции фрактальной размерности и масштабирования. Ее экспериментальная реализация осуществляется на примере процесса агрегации коллоидного раствора золота, инициированного изменением ионной силы раствора. По угловым и кинетическим зависимостям статического светорассеяния (СРС) определяется фрактальная размерность кластеров Au. Гидродинамические радиусы кластеров определяются методом динамического рассеяния света (ДРС). На основе экспериментальных результатов и сформированной модельной зависимости интенсивности светорассеяния от размеров кластеров осуществляется построение кинетической зависимости концентрации кластеров Au и проводится оценка скорости их агрегации. Предлагаемая методика может быть применена для изучения кинетики агрегации фрактальных кластеров в различных коллоидных системах.

В работе исследована культура костномозговых мезенхимальных стромальных клеток (МСК) человека, выращенная в виде монослоя в питательной среде, в которую введена стабилизированная водная суспензия магнитных наночастиц (МНЧ) маггемита (γ-Fe₂O₃), синтезированных электрофизическим методом лазерного испарения мишени. Предложен способ стабилизации суспензии в условиях питательной среды с высокой ионной силой. Проведена качественная оценка возможности интернализации (либо закрепления на клеточной мембране, либо проникновение внутрь клеточного пространства) МНЧ клетками при помощи оптической, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и СКВИД-магнитометрии. Приведен сравнительный анализ структуры и магнитных свойств и сделаны предположения об особенностях акцепции МНЧ клетками в данной системе. Установлено, что предельным значением, которое достоверно можно анализировать в биологическом образце рассматриваемого типа с МНЧ данного типа является величина около 0.005 мг. Обнаружено, что в рассматриваемом интервале исходных концентраций МНЧ в биологических образцах на основе МСК человека уровень накопления магнитных наночастиц в клеточных культурах зависит от их концентрации.

В данной работе проведены электрооптические и электрофоретические исследования гидрозолей, содержащих наночастицы оксида вольфрама (VI). Определено влияние многовалентных ионов (четырехвалентный катион тория и трехвалентный катион лантана) на величины зета потенциала и поляризуемости частиц оксида вольфрама (VI). Исследованы дисперсионные зависимости поляризуемости частиц оксида вольфрама (VI). Наблюдалась сильная зависимость электрокинетического потенциала и слабая зависимость поляризуемости частиц от концентрации катионов тория и лантана в золе. Поляризуемость частиц имела низкие значения и слабо зависела от частоты поля, поляризующего частицы. Это не типично для коллоидных частиц, толщина плотной части двойного электрического слоя которых соизмерима с размерами молекул, а поляризация двойного электрического слоя определяется его диффузной частью. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что для частиц оксида вольфрама (VI) в исследованной области концентраций преобладающая доля многозарядных противоионов находится в плотной части двойного электрического слоя, что связано с их высокими адсорбционными потенциалами.

Продемонстрирована возможность использования ассоциатов катионного глицеролипида (КГЛ) - иодида rac-N-{4-[(2-этокси-3-октадецилоксипроп-1-ил)оксикарбонил]бутил}-N'-метилимидазолия, обладающего выраженным противоопухолевым действием, для солюбилизации двух гидрофобных биологически активных соединений (куркумина и капсаицина) и в качестве темплата при золь-гель синтезе мезопористых частиц-контейнеров из кремнезема (МЧК). Определены термодинамические характеристики солюбилизации, и показано, что она способствует значительному повышению растворимости обоих гидрофобных препаратов в воде. Гидролитическая конденсация тетраэтоксисилана в присутствии ассоциатов КГЛ, содержащих куркумин либо капсаицин, приводит к получению МЧК, характеризующихся узким распределением по размеру и высоким содержанием капсулируемых препаратов. Такое совмещение стадий синтеза и загрузки МЧК представляет несомненный интерес применительно к нанокапсулированию катионных глицеролипидов (в том числе в сочетании с другими препаратами).

С целью разработки инновационных методов защиты растений исследованы ключевые свойства водных мицеллярных растворов Tween 80, как средств доставки биологически активных веществ, ингибирующих размножение различных патогенов. Показано отсутствие негативного воздействия этих растворов при контакте с листьями картофеля. Изотермы смачивания для водных растворов Tween 80 подтвердили гидрофилизацию листа картофеля и моделирующей его поверхность гидрофобной полимерной пленки. При сочетании методов тензиометрии и смачивания определена предельная адсорбция Tween 80 на поверхности полимера, что позволило прогнозировать структуру адсорбционного слоя данного ПАВ на поверхности листа. Для мицеллярных растворов Tween 80, характеризующихся максимальной смачивающей способностью, зарегистрировано значительное возрастание скорости проникновения в лист.

Статья посвящена теоретическому исследованию динамического отклика на внешнее поле ансамблей ферромагнитных наночастиц, иммобилизованных в немагнитной среде. Основное внимание работы уделено анализу влияния магнитного взаимодействия частиц на комплексную магнитную восприимчивость композита и интенсивность выделения в нем тепла под действием переменного магнитного поля. Анализ показывает, что величина теплового эффекта немонотонно, с максимумом, зависит от параметра магнитодипольного взаимодействия частиц. Мы надеемся, что этот результат поможет понять физическую причину качественных противоречий между выводами различных исследований о влиянии межчастичных взаимодействий на компоненты комплексной восприимчивости нанодисперсных магнитных композитов и интенсивность генерирования в них тепла под действием переменного поля.

Большой интерес в качестве платформы для биоанализа представляют метки гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) благодаря сочетанию сильного оптического сигнала, фотостабильности и узких спектральных линий. Несмотря на значительный прогресс в области синтеза новых типов ГКР-меток на основе золотых наночастиц, получение микрочастиц, имеющих интенсивность комбинационного рассеяния достаточную для детекции единичной метки с использованием обычного микроскопа комбинационного рассеяния (КР), является нетривиальной задачей. В данной работе были синтезированы и охарактеризованы гибридные коллоидные нанокомпозиты на основе микрочастиц диоксида кремния и золотых нанозвезд (НЗВ) состава SiO₂/НЗВ/SiO₂. Золотые нанозвезды двух типов, одни с плазмонным резонансом в области 700 нм и другие с двумя максимумами 650 и 900 нм, были предварительно синтезированы и адсорбированы на поверхности монодисперсных коллоидных частиц диоксида кремния диаметром 1.5 мкм. В качестве молекул с высоким сечением комбинационного рассеяния использовали три вида ароматических тиолов: 4-нитробензентиол, нафталентиол и 1,4-бензендитиол. Продемонстрирована возможность измерения ГКР сигнала от единичной микрочастицы с вариацией интенсивности не более 20%, а также возможность мультиплексного определения различных микрочастиц на одном КР изображении. Проведена комплексная оценка стабильности, в том числе фотостабильности, измеряемого ГКР сигнала во времени при изменении физико-химических параметров микроокружения.

Рассмотрено осаждение субмикронных аэрозольных частиц в модельных фильтрах, состоящих из микронных волокон с радиальными нановискерами (иголочками) на поверхности волокон. Проведено численное моделирование 3D стоксова поля течения в модельном фильтре – изолированном ряду параллельных волокон с иголочками с учетом эффекта скольжения газа на их поверхности. Рассчитаны зависимости силы сопротивления волокна поперечному потоку и коэффициента захвата частиц волокном от длины и плотности иголочек на волокне и от расстояния между волокнами. Определены зависимости коэффициента захвата от радиуса частиц.

Предложен итерационный подход к анализу взаимодействия процессов интенсивного испарения и объемной конденсации вблизи поверхности испарения. В рамках этого подхода результаты численного решения кинетического уравнения Больцмана для интенсивного испарения с межфазной поверхности использованы при расчете кинетики процесса объемной конденсации вблизи поверхности испарения. Показано, что за время существования пересыщенного состояния, предсказываемого на основе решения без учета конденсации, конденсационный аэрозоль успевает сформироваться. Согласно полученным результатам, образование капель вблизи поверхности испарения и тепловое воздействие конденсации на параметры пара необходимо учитывать при анализе интенсивного испарения с межфазной поверхности.

В работе изучено влияние концентрации стабилизатора поли(винилового спирта) (ПВС) на параметры наночастиц на основе биоразлагаемых сополимеров поли(D,L-лактида-со-гликолида) (ПЛГА), получаемых нанопреципитацией. Обнаружено, что при постоянной концентрации органической фазы (5 мг/мл) гидродинамический диаметр ПЛГА наночастиц не зависит от концентрации стабилизатора в водной фазе (2.5–15 мг/мл) и составляет ~ 130–140 нм, тогда как индекс полидисперсности и абсолютная величина электрокинетического потенциала частиц снижается с ростом концентрации ПВС. Показано, что концентрация ПВС практически не влияет на содержание загруженной в ПЛГА частицы гидрофобного модельного лекарственного агента доцетаксела и его цитотоксическую активность in vitro на клеточных линиях карциномы толстой кишки мыши CT26 и фибробластов легкого эмбриона человека WI-38. Способность к лиофилизации и последующему ре-диспергированию в воде ПЛГА частиц, нагруженных лекарством, напротив, зависит от концентрации стабилизатора: чем больше содержание ПВС в системе, тем легче происходит ре-диспергирование частиц до исходных размеров.

Методом малоуглового рассеяния нейтронов изучены механизмы самоорганизации оксида графена в водных дисперсиях при взаимодействии с детонационными наноалмазами, имеющими разные знаки поверхностного потенциала. В смеси с гидрозолем положительно заряженных алмазов оксид графена, заряженный отрицательно, создавал устойчивый коллоид за счет образования планарных гетероструктур в виде пары листов, плотно соединенных через алмазы (массовая доля 25 %) при стыковке листов. В аналогичных условиях алмазы с отрицательным потенциалом локализовались между листами графена, образуя при повышенной доле (44 масс. %) менее плотные сборки с зазором между листами порядка радиуса частицы алмаза. Связывание оксида графена с алмазами подтверждено данными просвечивающей электронной микроскопии.

В статье приведены данные по влиянию выбора пары дисперсионная среда-осаждающий агент на закономерности протекания процесса золь-гель синтеза прекурсора керамики системы цирконата-титаната свинца. В качестве дисперсионных сред рассмотрены уксусная кислота и 2-метоксиэтанол, в качестве осаждающих агентов – этиленгликоль и вода, соответственно. Рассмотрено изменение оптических, реологических свойств и размера частиц в процессе перехода золь в гель при различных концентрациях осаждающего агента. Показано, что природа и относительная концентрация дисперсионной среды и осаждающего агента позволяют в широких пределах регулировать свойства золей и гелей прекурсора соответствующей керамики и скорости процессов, существенно влияют на механизм образования и структуру образующихся гелей.

Методами вискозиметрии и динамического рассеяния света изучено влияние малых добавок ионов Fe³⁺ на процессы гидролиза тетраэтоксисилана и последующую поликонденсацию его продуктов. Эксперименты проводились при 50°С, рН гидролиза составлял 1.5; 2.5; 5.0 или 7.0, количество легирующего катиона варьировали от 1.5 до 3.8 ат. %. В отсутствии легирующего катиона время гелеобразования увеличивается с ростом рН от 1.5 до 5.0, а при рН 7.0 поликонденсация протекает без гелеобразования. При рН 1.5 введение легирующей добавки увеличивает время гелеобразования, при рН 2.5 и 5.0 – снижает.  С увеличением содержания легирующей добавки время гелеобразования растет при всех трех значениях рН. Размер частиц, формирующихся в процессе поликонденсации, зависит от рН и количества легирующей добавки. Наиболее мелкие частицы с медианным диаметром порядка 10 нм формируются при рН 2.5. Высказано предположение, что причиной всех наблюдаемых эффектов является встраивание катионов железа в кремнийкислородную матрицу. Степень встраивания зависит от степени гидролиза катионов железа. Данное предположение подтверждается значениями электрокинетического потенциала изучаемых систем и динамикой изменения дзета-потенциала при варьировании рН и содержания легирующей добавки.

Для определения количества и состава искусственных полимерных микрочастиц в водоемах требуется подготовка репрезентативных проб воды. В работе изучается новый метод магнитной сепарации для извлечения из воды микрочастиц полиэтилена (10-200 μm) при их агрегации с композитными магнитными наночастицами. Синтезированы и аттестованы наночастицы с ядром из магнетита и с оболочкой из диоксида кремния с присоединенными на поверхности аминогруппами (Fe₃O₄@SiO₂-NH₂, d_гидр = 200 нм). Эти наночастицы за счет электростатического взаимодействия могут формировать агрегаты с частицами полиэтилена и отделяться от воды под действием неоднородного магнитного поля.

Изучено влияние добавок солей (NaCl, Na₂SO₄, NaH₂PO₄, CaCl₂) и поверхностно-активного вещества - додецилсульфата натрия (ДСН) на условия сепарации микрочастиц полиэтилена от воды. Показано, что при добавлении магнитных частиц в концентрации с = 0,01 г/л к водным суспензиям микрочастиц полиэтилена, содержащим соли NaCl, NaH₂PO₄ в концентрации 10 мМ и с(ДСН) = 3 мМ, эффективность их сепарации после предварительной выдержки суспензии в течение 30 минут и длительности магнитной седиментации 15 минут составляет не менее 98%. При увеличении концентрации солей NaCl, NaH₂PO₄ до 100 мМ, а также в присутствии Na₂SO₄ эффективность магнитной седиментации снижается. В присутствии CaCl₂ и ДСН эффективность магнитной седиментации составляет не менее 98% при изученных концентрациях солей. Из модельных растворов речной и морской воды извлечение не менее 80% микрочастиц полиэтилена происходит в течение 5 минут в режиме магнитной фильтрации.

В работе представлены результаты компьютерного моделирования структурообразования в нанодисперсных магнитных жидкостях и влияния этого процесса на кинетику их перемагничивания. Рассматривается система одинаковых сферических однодоменных ферромагнитных частиц, взвешенных в ньютоновской жидкости, с магнитными моментами, «вмороженными» в их тела. Частицы вовлечены в интенсивное броуновское движение. Учитывается магнитное взаимодействие всех частиц со всеми, а также частиц с внешним магнитными полем.

Результаты показывают, что эволюция внутренних структур при изменении внешнего поля может сильно, на несколько порядков величины изменить характерное время перемагничивания феррожидкости. Полученные результаты могут быть полезны для развития как общей теории этих систем, так и многих методов их высокотехнологического применения.

Pristine Tin Oxide (SnO₂) and Zirconium doped Tin Oxide (SnO₂:Zr) with varying composition Sn_1–xZr_xO₂ (x = 3%, 5%, 7% and 10%) are synthesized using Sol-Gel method. The structural, optical, and thermal properties of synthesized pristine SnO₂ and SnO₂:Zr nanoparticles were examined by using various characterization techniques including XRD, SEM, TEM, FTIR, UV-visible, and TGA/DSC. The EDAX analysis confirmed the presence of Zr atoms within SnO₂ phase. FTIR analysis revealed presence of various functional groups such as antisymmetric Sn-O-Sn stretching mode, symmetric Sn-O-Sn, Zr-O bonds, C-O stretching mode, and stretching vibration. TEM analysis indicated uniformity in polycrystalline grains within Zr doped SnO₂ sample. UV-visible analysis demonstrated decrement in optical band gap which confirmed that Zr doping tuned the optoelectronic properties of SnO₂ nanoparticles. Results combined with TGA/DSC analysis establish that 7% doping is the optimum limit after which steric hindrance effects destabilize the structural and thermal properties of the material. Therefore, Zr doping plays crucial role in modifying structural, thermal and optoelectronic properties of SnO₂ thereby proposing their use in optoelectronic devices