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.

Представлены результаты исследования влияния условий гидрофобизации полидиметилсилоксановыми жидкостями (ПДМС) с вязкостями 5–106 сСт на свойства получаемых гладких гидрофобных поверхностей и текстурированных супергидрофобных поверхностей. Проведен подбор оптимального режима гидрофобизации по следующим параметрам: время предварительной обработки поверхности в кислородной плазме, время и температура контактной или газофазной гидрофобизации полидиметилсилоксановыми жидкостями, а также вязкость используемых жидкостей. Для гладких гидрофобных и текстурированных супергидрофобных покрытий с лучшими характеристиками смачивания исследована стойкость к длительному контакту с водой. Проведены натурные испытания способности супергидрофобного покрытия на основе ПДМС снижать накопление твердых и жидких водных осадков в открытых атмосферных условиях. Показано, что гидрофобное состояние для гладких подложек и супергидрофобное для текстурированных деградирует при контакте с водой, но может быть частично восстановлено при нагреве. Обсуждены возможные механизмы деградации и самовосстановления покрытий на основе ПДМС и показано, что явления носят универсальный характер и связаны с гидролизом/ поликонденсацией силоксановой связи.

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.

Разработан подход к получению устойчивых эмульсий типа «масло в воде» с использованием продукта взаимодействия хитозана с олеиновой кислотой в качестве амфифильного эмульгатора. Продукт получали методом безрастворной реакционной экструзии в двухшнековом экструдере без применения растворителей и катализаторов. Данные инфракрасной спектроскопии указывают на образование ионных ассоциатов и возможное формирование амидных связей между аминогруппами хитозана и карбоксильными группами олеиновой кислоты в процессе механохимической обработки. Диспергирование продукта в разбавленном водном растворе уксусной кислоты с последующей ультразвуковой обработкой приводит к формированию эмульсий, сохраняющих агрегативную устойчивость не менее 30 сут. Методами оптической микроскопии и селективного окрашивания установлено, что дисперсная фаза представлена каплями олеиновой кислоты со средним диаметром 5–8 мкм. Положительные значения ζ-потенциала и снижение агрегативной устойчивости при добавлении низкомолекулярного электролита свидетельствуют о существенном вкладе электростатических взаимодействий в стабилизацию эмульсий.

В работе исследованы структурные и транспортные характеристики перфторированных сульфокатионитовых мембран, содержащих одновременно два допанта: гидрофильный кислый фосфат циркония (КФЦ) и гидрофобный инертный фторполимер поливинилиденфторид (ПВДФ). Исследованы механические свойства, диффузионная проницаемость для раствора соляной кислоты, температурная зависимость удельной электропроводности при фиксированной относительной влажности, а также распределение пор по эффективным радиусам. Обнаружено отсутствие монотонности в изменении транспортных и структурных характеристик при изменении содержания допантов из-за их противоположного действия. На основании испытания мембран в составе единичного мембранно-электродного блока водородно-воздушного топливного элемента оценены его вольтамперные и мощностные характеристики и омическое сопротивление, а также проницаемость мембран по водороду. Показано, что независимо от присутствия ПВДФ, введение наночастиц КФЦ приводит к эффективному перераспределению воды в объеме мембраны при работе топливного элемента при высоких плотностях тока.

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» Lм=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. Расчеты 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.

Исследованы электропроводность и диффузионная проницаемость перфторированных сульфокатионитных мембран, содержащих различное количество инертного фторполимера Ф-26 (0–95 масс. %). Показано, что с увеличением содержания Ф-26 оба свойства уменьшаются вследствие уменьшения обменной емкости и влагосодержания мембран, и при определененом содержании инертного фторполимера наблюдается обратный перколяционный переход. В рамках теории перколяции определены порог перколяции и критический индекс, значение которого согласуется с теоретическим для трехмерных неупорядоченных систем, а также рассчитан фактор извилистости транспортных каналов, монотонно возрастающий с увеличением доли инертного полимера.

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.

Развитие коллоидной химии в последние десятилетия привело к появлению новых классов наноматериалов, используемых для повышения чувствительности и стабильности работы биосенсоров. Одним из перспективных материалов являются наночастицы селена, которые имеют уникальные оптические и физико-химические свойства. В данной обзорной статье обсуждаются последние достижения в области получения коллоидов селена, исследования их оптических, физико-химических, электрохимических свойств, а также перспективы применения наночастиц в качестве платформы для детекции активных форм кислорода, ионов тяжелых металлов и в иммуноанализе.

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 ± 0.12 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.