Коллоидный журнал

Современные технологии фотоники все чаще имеют дело с наноструктурами различного химического состава и морфологии. ДНК-оригами является одним из наиболее перспективных методов коллоидного синтеза, поскольку его способность к самосборке позволяет создавать органические наночастицы с контролируемой геометрией. Однако остается открытым вопрос о том, как гибридизировать такие структуры с отдельными излучателями света для фотонных применений. В данной работе исследуется возможность спонтанного взаимодействия ДНК-оригами в форме параллелепипедных нанопластин (61 × 52 × 5.8 нм), содержащих прямоугольные апертуры (15 × 9 нм), с коллоидными квантовыми точками типа «ядро-оболочка» (CdSe/CdS/ZnS/олеиновая кислота). Характеризуется вероятность присоединения (−25%), а также рассматривается геометрия одиночных гибридов ДНК/КТ с использованием атомно-силовой микроскопии и последующей глубокой 2D-деконволюционной обработки данных для коррекции.

Традиционные методы количественной идентификации бактерий требуют значительных временных затрат, что существенно ограничивает их оперативность. В данной работе предложена быстрая и простая методика определения числа бактериальных клеток S. aureus 209p и E. coli K12, меченных наночастицами разной морфологии (наностержни и нанозвезды), модифицированных 4-нитротиофенолом на основе непрямой спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния. Показана зависимость увеличения сигнала гигантского комбинационного рассеяния от количества бактериальных клеток, меченных наночастицами. Разработанная методика демонстрировала хорошую работоспособность как для варианта прямого измерения сигнала от свежеприготовленного комплекса, так и для осадка клеток после центрифугирования. Наиболее статистически достоверные результаты получены при использовании золотых нанозвезд в условиях прямого безосадочного измерения сигнала гигантского комбинационного рассеяния от комплекса с бактериями.

Модель Пуассона–Гельмгольца–Больцмана использована для исследования свойств двойного электрического слоя, формирующегося вблизи одиночной слабозаряженной сферической частицы, окруженной раствором 1:1 электролита. Разделяя на кулоновские и некулоновские (задаваемые потенциалом Юкавы) взаимодействия между ионами в растворе, а также между ионами и частицей, получены математические выражения для профилей соответствующих потенциалов вблизи частицы в функции основных параметров модели. При варьировании значений ключевых параметров найдены как монотонные, так и немонотонные профили электростатического потенциала, наблюдается смена знака потенциала, вследствие чего возникают явления инверсии и обращения заряда. Определены условия, при которых наступают инверсия и обращение знака потенциала частицы. Рассмотрена зависимость потенциала нулевого заряда от размера частиц, концентрации раствора одновалентного электролита и поверхностной плотности источника некулоновских сил.

Композитные наночастицы (КНЧ) с ядром из благородного металла (Au, Ag) и кремнеземной оболочкой, способной служить носителем для разных целевых соединений, представляют значительный интерес для решения различных прикладных задач, включая тераностику опухолей, создание высокочувствительных сенсоров, сверхъярких эмиттеров (в том числе нанолазеров) и различных метаматериалов. Обычным прекурсором при синтезе таких оболочек является тетраэтоксисилан (ТЭОС), который характеризуется низким сродством к поверхности металлических ядер и плохой растворимостью в воде. Кроме того, в результате гидролитической конденсации ТЭОС формируется плотная сетка связей Si–O–Si, что отрицательно сказывается на емкости оболочки по целевому соединению. Все эти недостатки существенно осложняют как получение КНЧ, так и их последующую загрузку. В данной работе анализируются возможности и преимущества альтернативных подходов к созданию КНЧ, основанных на замене ТЭОС функционализированными алкоксисиланами. При этом основное внимание уделяется частицам, полученным с использованием γ-меркаптопропилтриметоксисилана.

В обзоре рассмотрены исследовательские работы в области электрореологии за последние годы. Представлены основные активно развиваемые направления исследований. Обобщены последние достижения как в области разработки новых материалов, так и теоретического описания эффекта. Рассмотрен прогресс в области практического применения и отмечены оригинальные перспективные приложения электрореологического эффекта.

В работе продемонстрирована новая стратегия контролируемой нековалентной сборки и управления свойствами ультратонких пленочных гибридов на основе оксида графена (ОГ), тетракарбоксифенилпорфирина (TCPP) и полидиацетиленового ПАВ (ПДА). Показано, как с помощью послойного осаждения или одношаговой самосборки компонентов на межфазной границе воздух/вода можно влиять на механизмы переноса энергии и заряда при неизменном химическом составе ультратонкой пленки. Для интеграции активных компонентов гибрида был использован ацетат цинка, образующий координационные связи с карбоксильными группами ОГ и органических компонентов. С помощью атомно-силовой микроскопии показано, что при послойной сборке образуется упорядоченная структура с плотным монослоем ОГ в основании, промежуточным слоем TCPP и верхним слоем кристаллитов ПДА. Одностадийная сборка приводит к образованию смешанного слоя ОГ–Zn²⁺–TCPP со складчатой морфологией ОГ, покрытого ПДА. Спектроскопические исследования выявили Фёрстеровский резонансный перенос энергии в обоих гибридах, в которых порфирин выступает одновременно в роли донора и акцептора энергии в зависимости от структурной формы связанного с ней полидиацетиленового ПАВ. Гибриды, полученные послойной сборкой, при их интеграции в фотовольтаические ячейки с электрон-дырочным транспортным слоем демонстрировали выраженные диодные свойства и значительный фотоотклик, обусловленные эффективным пространственным разделением зарядов и направленным транспортом в слоистой структуре. Гибриды, полученные в одну стадию, дают симметричные вольт-амперные кривые и низкий фотоотклик вследствие рекомбинации экситонов в неупорядоченной структуре. Полученные результаты демонстрируют принципиальную возможность управления переносом зарядов в фотоактивных гибридах через контроль их супрамолекулярной организации выбором метода сборки.

В работе предложена капиллярная модель заряженной мембраны, состоящей из совокупности разделенных непроницаемым материалом плоскопараллельных щелевых гидрофильных пор, на поверхности которых может задаваться дзета-потенциал либо плотность фиксированного заряда и условие прилипания жидкости, а также гидрофобных пор, отличающихся от гидрофильных размером, величиной дзета-потенциала (плотностью фиксированного заряда) и условием проскальзывания Навье. Выведены формулы для гидродинамической и электроосмотической проницаемости мембраны, ее электропроводности как функции относительной гидрофильной и гидрофобной пористостей, концентрации электролита, величины зарядов или потенциалов поверхностей, диэлектрических свойств раствора, коэффициентов диффузии ионов и их зарядовых чисел, размеров обоих типов пор. Во всех случаях показано соблюдение принципа взаимности Онзагера для перекрестных коэффициентов L₁₂ и L₂₁, отвечающих за скорость электроосмоса и ток течения. Все краевые задачи для четырех типов пор решены аналитически в приближении Дебая-Хюккеля. Установлено, что при действии внешних градиентов давления и электрического потенциала в случае водно-органических смесей на фоне слабого раствора электролита возможно разнонаправленное течение компонентов по гидрофильным и гидрофобным порам мембраны. Полученные результаты позволяют прогнозировать транспортные свойства заряженной мембраны в зависимости от соотношения между долями гидрофильных и гидрофобных пор.

Коллоидные системы, используемые в качестве темплата в золь–гель синтезе, представляют большой интерес благодаря структурному разнообразию, однако, они весьма чувствительны к условиям проведения эксперимента. Введение прекурсора, выделение органического растворителя при гидролизе, введение каталитических добавок – кислоты или щелочи, нагрев приводят к перестройке и фазовым переходам. Поэтому окончательное состояние оказывается существенно измененным по сравнению с исходным, что не определяется a priori. Обзор посвящен прекурсорам с остатками этиленгликоля, которые в отличие от тетраэтоксисилана, используемого в традиционном золь–гель синтезе, гидрофильны, растворимы в воде, гидролизуются в нейтральных водных растворах, не требуют добавления катализатора и нагрева. Кроме того, в отличие от этанола этиленгликоль в тех количествах, в которых выделяется при гидролизе, не приводит к трансформации коллоидных систем. В обзоре рассматривается получение прекурсоров, вопросы золь–гель химии и примеры формирования разнообразных функциональных материалов, которые синтезируются по более простому протоколу в одну стадию в условиях, определяемых минерализуемым темплатом, а не золь–гель процессом. Многие из них можно синтезировать только с помощью этиленгликоль-содержащих силанов.