Коллоидный журнал

Методами ДСК, СЭМ и 3D-реометрии исследовали влияние концентрации агара СА на коллоидно-химические свойства комплексных гидрогелей рыбный желатин–агар. Гидрогели были сформированы при постоянном содержании желатина (10%) в диапазоне массовых соотношений биополимеров Z от 0.02 до 0.10 гА/гРЖК. Показано, что добавка агара вызывает ускорение гелеобразования рыбного желатина примерно в 2 раза. При этом желатин увеличивает температуру гелеобразования, но не влияет на температуру плавления агаровой компоненты геля. Агар в 13–14 раз увеличивает теплоту плавления, не влияя на температуру плавления желатиновой компоненты геля. Комплексный гидрогель характеризуется уплотненной структурой с уменьшенным размером ячеек по сравнению с гелями отдельно взятых биополимерных компонент. Микроструктура геля представляет собой ячеистую сетку желатина, «армированную» волокнами сетки агара. Прочность и упругость комплексного геля при увеличении СА существенно возрастают, синерезис уменьшается. Установлено оптимальное соотношение биополимеров Z = 0.08 гА/гРЖК, при котором гидрогель рыбный желатин–агар обладает упруго-прочностными характеристиками, сравнимыми с желатином из свиной кожи, а также устойчив к плавлению и синерезису во время хранения при комнатной температуре.

Антибактериальные поверхности нового поколения должны не только подавлять рост микроорганизмов, но и сохранять работоспособность при использовании в качестве «поверхностей касания», а также самоочищаться под действием света. В этой работе предложен простой подход к формированию композитных покрытий Cu–TiO2 на медной фольге, сочетающий лазерное микро-/нанотекстурирование и последующее осаждение нанодисперсий TiO2 с контролируемой полиморфной формой (анатаз/рутил). Показано, что покрытие после ультразвуковой обработки в воде сохраняет исходную иерархическую шероховатость и заметное содержание оксида титана. Фотокаталитически индуцированная самоочистка покрытия при облучении волнами, соответствующими синей части спектра видимого света, более активно проявляется для композитов с анатазом. При этом фотокаталитическая активность композита с анатазом сдвигается в видимую область по отношению к исходным частицам анатаза. Такое расширение области фотоактивности композитов связано с тем, что оксид меди выступает в роли сенсибилизатора, поглощающего видимый свет, что приводит к инжектированию электронов из оксида меди в зону проводимости анатаза при наличии гетероперехода. Облучение по-разному влияет на композиты с различными полиморфными модификациями при контакте с физиологическим раствором: так, анатаз усиливает накопление растворенной меди, тогда как рутил снижает ее концентрацию относительно условий без облучения. Тем самым в предложенном методе формирования композитов полиморфная форма TiO2 позволяет управлять самоочисткой и ионным откликом меди — ключевыми параметрами фотоактивных покрытий для антибактериальных применений.

Разработана методика получения композитных пленок на основе органозоля серебра (14 нм, 0.02 М), стабилизированного бис-(2-этилгексил) сульфосукцинатом натрия в н-декане. Подход основан на равномерном нанесении золя на стеклянную подложку с помощью метода spin-coating (относительная центробежная сила варьировалась от 0.1 до 280×g). Получены однородные, гидрофильные пленки, демонстрирующие наличие плазмонно-резонансного поглощения. Увеличение объема наносимого органозоля от 10 до 50 мкл позволяет влиять на поверхностные, механические и оптические свойства покрытий. Среднеквадратичная шероховатость, модуль Юнга и интенсивность поглощения меняются от 6 ± 2 до 38 ± 20 нм, от 24.2 ± 0.5 до 131 ± 8 кПа и от 0.06 до 0.14 соответственно. Показано, что предложенный подход может быть расширен на применение дисперсных систем частиц других материалов (золота, оксидов железа и т. д.) с целью создания на их основе пленок с иными оптическими характеристиками, а также дополнительными магнитными свойствами.

Замораживанием при −20°С водного 100 г/л раствора поливинилового спирта (ПВС), его выдерживанием при этой температуре в течение 12 ч и далее оттаиванием при нагревании со скоростью 0.03°С/мин получены макропористые криогели без и с добавками веществ хаотропной и космотропной природы — мочевины, гидрохлорида гуанидина, трегалозы и гидроксипролина. Также эти же вещества были введены в матрицу криогелей ПВС без добавок насыщением гелевых материалов в соответствующих водных растворах. Исследован характер изменения физико-химических параметров криогелей ПВС, сформированных как в присутствии таких лиотропных агентов, так и после насыщения ими гелевых образцов. Показано, что вещества хаотропной природы оказывают негативное влияние на упругость и теплостойкость получаемых материалов, в то время как присутствие космотропных добавок в матрице криогеля приводит к его упрочнению и повышению теплостойкости. Причем данный эффект наблюдается для обоих вариантов введения низкомолекулярных веществ в матрицу криогеля, т. е. и при внесении добавок в исходный раствор полимера до его криогенной обработки и при введении этих же добавок в образцы методом насыщения. Однако, в случае веществ хаотропной природы, метод насыщения позволяет в разы повысить рабочую концентрацию этих веществ, сохраняя упругие свойства гелевого материала. Учитывая, что криогели ПВС применяются как носители низкомолекулярных водорастворимых веществ в различных прикладных областях (медицина, биотехнология, реставрация произведений искусства и др.), полученные результаты исследования представляют не только научный, но и практический интерес.

Жидкофазным методом синтеза в диметилсульфоксиде получены катионпроводящие гибридные мембраны на основе модифицированного фурфуролом, аминосульфоновой кислотой и тетраэтоксисиланом поливинилового спирта, в том числе содержащие предварительно полученные в бензиловом спирте и диспергированные в диметилсульфоксиде с помощью ультразвукового и механического гомогенизаторов наночастицы диоксида церия. Определены условия получения монодисперсного (индекс полидисперсности равен 0.08) коллоидного раствора CeO2 c размером частиц 84 нм. Изучен состав, морфология поверхности и физико-химические свойства полученных материалов. Выявлено, что удельная ионная проводимость гибридного мембранного материала уменьшается с 8.4·10−2 до 3.1·10−2 См/см при добавлении диоксида церия, тогда как его окислительная стойкость (химическая стабильность), определяемая с помощью реагента Фентона, имитирующего агрессивные условия работы топливного элемента, увеличивается в 1.5 раза, а также в присутствии оксида металла повышается термостойкость, влагоудерживающая способность, и уменьшается значение степени набухания мембран в воде. Рабочий температурный диапазон полученных катионпроводящих гибридных материалов с диоксидом церия и без него значительно шире такового эталонной мембраны Nafion.

В настоящее время отсутствуют надежные модели расчета, которые бы учитывали влияние поля скорости внутри капли на характер ее распространения на стенке. Представляет интерес описание коллективного взаимодействия капель после их падения на стенку. В работе экспериментально исследована конвекция воды в сидящей капле после падения на нее другой капли. Методом PIV получены мгновенные поля скоростей. Установлено, что процесс взаимодействия капель приводит к интенсивному вихреобразованию и нарушению исходной (до падения капли) тороидальной структуры течения. Показано, что в зависимости от числа Вебера (We) наблюдаются качественно различные режимы деформации сидящей капли: от затухающих колебаний при малых числах We до радиального растекания с образованием «пальцев» при высоких числах We. После остановки движения контактной линии сидящей капли, движение жидкости внутри капли продолжается в течение длительного времени и характеризуются вязкими силами (характерным временем, определяемым соотношением сил инерции и вязкости). Получены зависимости по изменению средней безразмерной скорости V** в капле от безразмерного времени t** с учетом числа We, которые удовлетворительно обобщаются с применением безразмерного комплекса t**(We)0.25. Полученные результаты могут быть полезны для совершенствования существующих моделей, учитывающих взаимодействие капель после их падения на стенку.

Получены новые магнитные наноматериалы, исходя из наночастиц Fe3O4, модифицированных глицеролатами железа и кремния и загруженных доксорубицином. Наногели получены диспергированием модифицированных наночастиц (0.1 и 0.3 масс. %) в водно-глицериновой среде (оптимальная концентрация глицерина — 30 масс. %), в том числе, в присутствии хитозана (1.0 масс. %) и доксорубицина (0.3 масс. %). Полученные наноконъюгаты с доксорубицином охарактеризованы физико-химическими методами исследования, включая ИК-спектроскопию, ПЭМ, динамическое светорассеяние и др. Показано, что хитозан способствует сорбции препарата: добавка хитозана при концентрации исходных наночастиц 0.1 масс. % приводит к возрастанию содержания доксорубицина в наноконъюгате (LC) с 25.5 до 30.8 масс. %, при этом эффективность сорбции (LE) возрастает с 11.4 до 14.9 масс. %; при концентрации исходных наночастиц 0.3 масс. % LE возрастает c 12.0 до 14.4 масс. %, при этом LC возрастает с 10.7 до 12.6 масс. %. В результате оптимальный состав наноконъюгата достигался при проведении иммобилизации препарата в водно-глицериновой среде, содержащей 0.1 масс. % исходных модифицированных наночастиц Fe3O4, 1.0 масс. % хитозана и 0.3 масс. % доксорубицина. Данный материал представляется перспективным для дальнейшего исследования в качестве местного инстилляционного средства для химиотерапии в онкоурологии.

В работе исследованы статистико-геометрические характеристики случайных упаковок одинаковых правильных многоугольников (с числом вершин от 3 до 7) на плоскости в квадратном боксе со стороной L. Начальный ансамбль генерировали методом случайной последовательной адсорбции. Финальный ансамбль получали путем поэтапного увеличения линейных размеров двухмерных частиц согласно алгоритму Любачевского−Стилинжера. Получены данные о парных корреляционных функциях, проанализированы закономерности их эволюции в широком диапазоне плотностей упаковки ансамбля. Далее исследованы распределения расстояний от произвольно выбранной точки упаковки до ближайшей к ней стороны полигона. Зависимости этих распределений (при равной плотности упаковки) весьма похожи для всех изученных многоугольников и относительно близки к таковым для ансамбля жестких дисков. Предложена и изучена статистико-геометрическая функция исключенной площади <w> для ансамбля частиц, которая хорошо описывается простым соотношением: <w>(η) = a + blnη, где η — доля площади ансамбля, занятая частицами; a и b — коэффициенты. Точка пересечения графика этой функции с кривой, описывающей зависимость средней площади области Вороного от η, определяет наибольшую плотность (ηmax), при которой ансамбль двухмерных частиц может являться полностью неупорядоченным. Для рассмотренных двухмерных ансамблей правильных полигонов величина ηmax сравнительно слабо зависит от формы частиц и лежит в пределах 0.682 (гептагоны)−0.694 (треугольники). При росте числа вершин ηmax закономерно стремится к таковой для случайного ансамбля жестких дисков (0.679).