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» 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.

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 определенном 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.

The increasing demand for sustainable and environmentally compatible surface-active agents has intensified interest in biosurfactants as renewable alternatives to petroleum-derived products. Owing to their amphiphilic molecular architecture, biodegradability, comparatively low toxicity, and favorable interfacial properties, biosurfactants have attracted considerable attention for diverse industrial applications. This review critically examines recent advances in biosurfactant research, with particular emphasis on the relationships between molecular structure, colloidal properties, and functional performance. The structural diversity of the major biosurfactant classes, their microbial and renewable sources, and recent advances in analytical techniques, including nuclear magnetic resonance spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, mass spectrometry, and chromatographic methods are discussed. The review further examines how head-group chemistry, fatty acid chain length, molecular charge, congener composition, and self-assembly influence surface and interfacial tension reduction, micellization, emulsification, and colloidal stability. Advances in genetic and metabolic engineering are evaluated to illustrate how modification of biosynthetic pathways can enhance production efficiency and enable tailoring of biosurfactant composition for specific applications. Reported structure–property relationships across different biosurfactant classes are evaluated in environmental remediation, enhanced oil recovery, agriculture, food, pharmaceutical, cosmetic, and nanotechnological applications, with consideration of the influence of experimental conditions on measured physicochemical properties. Commercialization challenges related to large-scale production, downstream processing, scalability, and regulatory requirements are also discussed. By integrating advances in structural characterization, structure–property relationships, and engineering strategies, this review provides a critical synthesis of current knowledge and identifies future research directions for the sustainable development of biosurfactants.

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.

The practical application of CuO nanoparticles as fuel-borne catalytic additives is hindered by poor colloidal stability in organic media, leading to rapid aggregation and sedimentation. This study compares homogeneous precipitation and planetary ball milling in terms of particle size distribution, aggregation behavior, colloidal stability, and resulting catalytic performance. Homogeneous precipitation produced relatively narrow, spherical nanoparticles (30–80 nm), whereas ball milling yielded broader, irregular particles (30–150 nm) with pre-existing agglomerates. Time-resolved laser particle size analysis revealed substantially faster aggregation of the ball-milled particles, with 70.05% exceeding 500 nm within 10 min and 99.91% within 40 min, compared with 0.01 and 65.3%, respectively, for the precipitation-derived particles. Tween80 improved dispersion when added after calcination, consistent with steric stabilization. At 20 ppm CuO in diesel, the precipitation-derived nanoparticles reduced CO, HC, NO_x, and soot by 11.3, 6.5, 10.3, and 12.9%, respectively. Although the ball-milled sample at 40 ppm produced greater absolute CO and HC reductions, the precipitation-derived material showed higher emission-reduction efficiency per unit CuO loading and higher nominal BET-surface-area-normalized performance. These results indicate that synthesis-controlled particle size distribution and dispersion can substantially influence the emission-reduction performance of CuO nano-fuel additives.

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).