Коллоидный журнал

Статья посвящена моделированию методом Монте-Карло кинетики коллоидной кристаллизации наночастиц (НЧ) селенида кадмия CdSe, т.е. роста наночастиц из отдельных молекул CdSe. С учетом экспериментальных данных модифицирована модель кристаллизации НЧ CdSe, включающая константы скорости реакции кристаллизации в коллоидном растворе. Принимается, что управление размером, распределением по размерам и выходом НЧ играет ключевую роль в улучшении свойств НЧ. В приближении динамического равновесия определены константы модели зародышеобразования, роста и последующей кристаллизации. Ключевыми параметрами процесса формирования НЧ являются частоты переходов присоединения и отрыва комплекса мономер–НЧ в зависимости от размеров и концентрации НЧ. Превращения частиц предшественника в мономер, формирование эффективного мономера и зародышеобразование переходят в стадию роста НЧ CdSe. Методом Монте-Карло аппроксимирована кинетическая модель процессов зарождения и рост НЧ CdSe с учетом отдельных вкладов (концентрации сформировавшихся мономеров и коэффициента диффузии мономеров) в константы скорости реакции формирования НЧ. Смоделированы кинетические зависимости среднего радиуса и концентрации НЧ CdSe, а также распределение НЧ по размерам при различных значениях кинетических констант процесса коллоидной кристаллизации.

Метод конечных элементов применен для расчета фотофоретической силы, действующей на твердую аэрозольную частицу сфероидальной формы, для случая, когда ее размер много больше средней длины свободного пробега молекул в газе. Учитывались тепловое электромагнитное излучение с поверхности частицы и зависимости плотности, вязкости, теплопроводности газообразной среды и теплопроводности вещества частицы от температуры. Проведены численные расчеты фотофоретической силы, действующей на частицу, нагреваемую потоком электромагнитного излучения, направленного вдоль ее оси симметрии.

Получены прямые наноэмульсии (НЭ) простого состава, в которых липофильное немицеллообразующее неионогенное ПАВ (Твин 85) является и дисперсной фазой, и стабилизатором. НЭ длительное время (несколько месяцев) остаются в метастабильном состоянии, имеют высокоразвитую удельную поверхность (S_уд ≅ 63 м²/г), высокую солюбилизационную емкость по отношению к липофильному гипотензивному лекарственному веществу фелодипину (Фл). Наноразмерные капли (d_ср ≅ 95 нм) НЭ эффективно транспортируют Фл в водной среде. На основе прямых НЭ Твин 85 с инкорпорированным Фл и раствора полимерного адгезива (смесь полиизобутиленов с различной молекулярной массой и полибутена) в гептане получены двойные эмульсии масло1/вода/масло2, использованные в качестве премикса полимерных микрогетерогенных матриц. Полимерные пленки характеризуются хорошей адгезией к коже, отсутствием кристаллизации Фл и постоянной скоростью его высвобождения в течение нескольких часов.

Наноэмульсии (НЭ), содержащие природные компоненты, представляют особый интерес для использования в фармацевтической и пищевой промышленности, в том числе и при капсулировании гидрофобных действующих веществ. В данной работе исследованы свойства НЭ, содержащих в качестве дисперсной фазы амарантовое и облепиховое масло или смесь этих масел. В НЭ, стабилизированных смесью Tween 80 и Span 80, средний диаметр капель дисперсной фазы составлял 18–33 нм. При стабилизации смесью Tween 60 и Span 60 средний диаметр капель был равен 25–40 нм. При этом НЭ с Tween 80 и Span 80 были неустойчивыми к флокуляции и обратной седиментации. С течением времени формировалась сетчатая структура из флокул капель дисперсной фазы в объеме дисперсионной среды НЭ, что сопровождалось отслаиванием части водной фазы. Доля дисперсной фазы в таких НЭ увеличивалась, практически достигала соответствующей плотной упаковке капель, а затем изменялась незначительно. НЭ с Tween 60 и Span 60 были значительно более устойчивы к флокуляции, так как данные ПАВ образовывали на поверхности капель дисперсной фазы твердую оболочку. Флокуляция в этих НЭ протекала чрезвычайно медленно, обратная седиментация отсутствовала. Таким образом, были получены НЭ амарантового и облепихового масел, устойчивые к флокуляции и обратной седиментации в течение длительного времени.

Обсуждаются обнаруженные ранее свойства ансамбля высокозаряженных капелек, получаемых при электростатическом диспергировании жидкостей. Показано, что механическая прочность, свечение и другие свойства ансамбля таких капелек характерны и для шаровых молний. Рассмотрены также свойства твердых частиц, предельные заряды которых на порядки превышают рэлеевские заряды капелек, и обоснована гипотеза об аэрозольной природе шаровой молнии.

Методом низкотемпературной равновесной адсорбции и десорбции азота изучены пористая структура и морфология пористого стекла (ПС) состава (мас. %) 1.54Na₂O · 6.02B₂O₃ · 82.24SiO₂ · 10.20Fe₂O₃ в зависимости от кислотной обработки исходного двухфазного стекла и механического измельчения ПС, которое получали путем сквозного кислотного выщелачивания ликвировавшего железосодержащего натриевоборосиликатного стекла с двухкаркасной структурой. Установлено, что все исследованные образцы ПС характеризуются полимодальным распределением мезопор и наличием микропор. Основные моды размеров устьев мезопор (по изотермам десорбции) составляют 3.6–3.8 и 23–25 нм. Размеры микропор равны 1.1–1.4 нм. Рассчитанный структурный коэффициент указывает на то, что мезопоры обладают преимущественно цилиндрической формой. Сравнение мод на кривых распределения, полученных из данных по адсорбции и десорбции, указывает на наличие бутылкообразных и конусообразных пор. Механическое измельчение ПС до порошкообразного состояния, не изменяя в целом общего вида адсорбционно-десорбционной изотермы, увеличивает объем мезопор за счет вскрытия внутренних тупиковых пор и уширяет моду 24 нм ликвационных каналов. Увеличение времени кислотного выщелачивания при кипячении с 7 до 14 ч приводит к росту объема мезопор на 35%, а среднего диаметра мезопор на 25%. Доля микропор в общем объеме пор уменьшается при этом примерно на 10%, а мода 8.0 нм возрастает. Полученные результаты могут быть полезны для отработки режимов синтеза и расширения областей применения ПС с магнитными свойствами.

Взаимодействие фибриногена и тромбина с образованием фибрина представляет ключевую стадию формирования кровяного сгустка при свертывании крови, морфология которого определяется концентрациями компонентов. Ранее показано, что при низких концентрациях тромбина образуются длинные фибриллярные агрегаты фибрина. В данной работе рассматриваются особенности образования агрегатов фибрина в поверхностном слое водных растворов при относительно низких концентрациях как фибриногена (5 × 10^–9–2 × 10^–7 М), так и тромбина (от 5 до 25 Ед./л). При низкой концентрации тромбина (5 Ед./л) наблюдались немонотонные зависимости упругости, что может быть связано с разворачиванием макромолекул белка в поверхностном слое. В области более высоких концентраций фермента (10 и 25 Ед./л) эти зависимости становились монотонными и динамическая поверхностная упругость достигала более высоких значений, превосходящих таковые для растворов чистого белка. Применение атомно-силовой микроскопии позволило показать, что этот эффект вызван образованием фибриллярных агрегатов в поверхностном слое.

Наноэмульсии являются перспективными дисперсными системами, которые могут быть использованы в качестве носителей гидрофобных лекарственных и биологически-активных соединений. В данной работе исследованы наноэмульсии с олеиновой кислотой в качестве дисперсной фазы, стабилизированные смесями неионогенных ПАВ Tween 80/Span 80 и Tween 60/Span 60. Наноэмульсии с Tween 80 и Span 80 были неустойчивыми. В таких системах интенсивно протекала флокуляция и коалесценция капель дисперсной фазы. Наноэмульсии с Tween 60 и Span 60 были значительно более устойчивыми. Средний диаметр частиц дисперсной фазы практически не изменялся в течение длительного времени при 25°C, а также в двух циклах нагревания до 60°C и последующего охлаждения до 5°C. С использованием микрокалориметрии были определены температуры фазовых переходов в таких наноэмульсиях. На термограммах имелись два пика, обусловленные плавлением олеиновой кислоты и смешанного адсорбционного слоя из молекул Tween 60 и Span 60. Так как на поверхности капель олеиновой кислоты формировалась твердая оболочка, то такие системы можно считать нанокапсулами.

Методами электронной спектроскопии поглощения и люминесцентной спектроскопии проведен анализ процессов растворения окта-краун-замещенного фталоцианината магния (Mgcr8Pc) в воде при добавлении бромидов додецил-, тетрадецил- и гексадецилтриметиламмония. В предмицеллярной области концентрации ПАВ доминирует агрегирование Mgcr₈Pc, индуцируемое ПАВ. Выше критической концентрации мицеллообразования ПАВ Mgcr₈Pc полностью дезагрегирует до мономеров, при этом тенденция к его мономеризации возрастает с увеличением длины алкильной цепи в молекуле ПАВ, о чем свидетельствуют результаты измерений электронных спектров поглощения, флуоресценции и кинетики затухания флуоресценции. Увеличение времени жизни флуоресценции Mgcr₈Pc по мере компактизации мицелл указывает на снижение степени их гидратации, приводящее к уменьшению полярности среды в микроокружении Mgcr₈Pc. В растворах бромида гексадецилтриметиламмония Mgcr₈Pc обладает интенсивной флуоресценцией как при комнатной температуре, так и после быстрой заморозке до 77 К, что подтверждает сохранение молекул Mgcr8Pc в мицеллах в дезагрегированном состоянии даже при такой низкой температуре. Полученные результаты свидетельствуют о потенциальной возможности использования Mgcr₈Pc в растворах бромидов алкилтриметиламмония при фотодинамической терапии опухолей совместно с процедурами криолиза.

Промышленные микропорошки металлов (алюминия, вольфрама, гафния, магния, никеля, титана, циркония), а также полуметалла (аморфного бора) были механически обработаны в шаровой планетарной мельнице в течение разного времени. Для всех микропорошков до их механообработки и после нее экспериментально определены интегральные и дифференциальные функции распределения частиц по размерам. Показано, что найденные функции распределения во всех рассмотренных случаях могут быть представлены в логарифмически нормальном виде. Определены наиболее информативные статистические характеристики (моменты) полученных функций распределения. Проанализированы корреляции этих характеристик во времени. Предложена математическая анзац-модель процесса многоцикловой механической обработки металлических микропорошков в планетарных мельницах. Модель позволяет корректно описать временнýю эволюцию статистических характеристик ансамбля микропорошковых частиц.

Обсуждаются особенности формирования на поверхности золотых наностержней органокремнеземной оболочки из γ-меркаптопропилтриметоксисилана и возможность использования полученных композитных частиц в сочетанной терапии опухолей. Показано, что наличие в составе оболочки функциональных SH-групп, способных координировать ионы платины, позволяет загрузить в нее достаточно большое количество противоракового препарата цисплатина. Получены количественные данные о закономерностях сорбции этого препарата и о влиянии pH и ионной силы раствора на кинетику его десорбции.

Обнаружено, что в бинарной смеси бромида цетилтриметиламмония и бензилзамещенного ПАВ можно синтезировать наностержни золота с максимумом продольного плазмонного резонанса на длине волны от 750 до 1150 нм. Показано, что длина образующихся частиц зависят от мольного соотношения ПАВ и длины углеводородной цепи бензилзамещенного ПАВ, влияющей на свойства бислойной мицеллярной структуры, в которой формируются наностержни.

Рассмотрен вывод выражения для минимальной работы мицеллообразования (работы агрегации) в случае прямых и обратных сферических мицелл на основе расширенной капельной модели мицелл. Учтены вклады в работу агрегации, обусловленные гидрофобным эффектом при образовании ядра прямой мицеллы и вкладом электростатического взаимодействия при образовании ядра обратной мицеллы, эффектами конформации углеводородных хвостов и полярных головных групп в короне и ядре прямой и обратной мицеллы, влиянием поверхностного натяжения на границе между ядром мицеллы и раствором. Показано, что важную роль в стабилизации как прямых, так и обратных мицелл играет уравнение состояния молекулярных групп на поверхности ядра мицеллы. Учтенные вклады в работу агрегации позволяют объяснить механизм агрегации ПАВ в неполярном растворителе в отсутствие воды и убедиться в существовании ККМ, а также оценить среднее число агрегации сухих обратных мицелл при разной брутто-концентрации ПАВ.