Распространение модели обратных «сухих» мицелл на агрегаты дисковой формы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрена молекулярно-термодинамическая модель образования и роста неионных агрегатов из молекул ПАВ в неполярном растворителе при отсутствии воды, допускающая флуктуационное сосуществование мицелл различной формы без активационных барьеров между ними. Работа агрегации мицелл выводится для раствора в гептане с использованием данных молекулярной динамики. В рассматриваемой модели для любых чисел агрегации минимальная работа агрегации зависит не только от чисел агрегации и концентрации мономеров ПАВ, но и от двух независимых параметров формы, характеризующих отклонение от сферической формы агрегата. Такой подход обеспечивает единообразное описание как дисковых, так и цилиндрических мицелл.

Об авторах

Ю. А. Ерошкин

Санкт-Петербургский государственный университет

Университетская наб., 7–9, Санкт-Петербург, 199034 Россия

Л. Ц. Аджемян

Санкт-Петербургский государственный университет; Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics, Joint Institute for Nuclear Research

Email: l.adzhemyan@spbu.ru
Университетская наб., 7–9, Санкт-Петербург, 199034 Россия; Жолио Кюри, 6, Дубна, Московская обл., 141980 Россия

А. К. Щекин

Санкт-Петербургский государственный университет

Университетская наб., 7–9, Санкт-Петербург, 199034 Россия

Список литературы

  1. Tanford C. The hydrophodic effect: Formation of micelles and biological membranes. 2-nd Ed. J. Wiley & Sons. Toronto. 1980.
  2. Israelachvili J., Mitchel D., Ninham B. Theory of self-assembly of hydrocarbon amphiphiles into micelles and bilayers // J. Chem. Soc., Faraday Trans. II. 1976. V. 72. P. 1525–1568. https://doi.org/10.1039/F29767201525
  3. Kshevetskiy M., Shchekin A. The aggregation work and shape of molecular aggregates upon the transition from spherical to globular and cylindrical micelles // Colloid J. 2005. V. 67. P. 324–336. https://doi.org/10.1007/s10595-005-0100-x
  4. Lerebours B., Perly B., Pileni M. Polymerization of cetyltrimethylammonium methacrylate direct micelles // Progress in Colloid and Polymer Science. 1989. V. 79. P. 239–243. https://doi.org/10.1007/BFb0116215
  5. Blankschtein D., Thurston G., Benedek G.B.J. Phenomenological theory of equilibrium thermodynamic properties and phase separation of micellar solutions // Chem. Phys. 1986. V. 85. № 12. P. 7268–7288. https://doi.org/10.1063/1.451365
  6. Yoshimura S., Shirai S., Einaga Y. Light-scattering characterization of the wormlike micelles of hexaoxyethylene dodecyl C12E6 and hexaoxyethylene tetradecyl C14E6 ethers in dilute aqueous solution // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. № 40. P. 15477–15487. https://doi.org/10.1021/jp0488214
  7. Imae T., Kamiya R., Ikeda S. Formation of spherical and rodlike micelles of cetyltrime-thylammonium bromide in aqueous NaBr solutions// J. Colloid Interface Sci. 1985. V. 108. № 1. P. 215–225. https://doi.org/10.1016/0021-9797(85)90253-X
  8. Porte G., Poggi Y., Appell J., Maret G. Large micelles in concentrated solutions. The second critical micellar concentration // The Journal of Physical Chemistry. 1984. V. 88. № 23. P. 5713–5720. https://doi.org/10.1021/j150667a051
  9. Ruckenstein E., Nagarajan R. Aggregation of amphiphiles in nonaqueous media // J. Phys. Chem. 1980. V. 84. № 11. P. 1349–1358. https://doi.org/10.1021/j100448a013
  10. Ljunggren S., Eriksson J. The mechanics and thermodynamics of discshaped micelles // J. Chem. SOC., Faraday Trans. 2. 1986. V. 82. № 6. P. 913–928. https://doi.org/10.1039/F29868200913
  11. Nagarajan R., Ruckenstein E. Theory of surfactant self-assembly: a predictive molecular thermodynamic approach // Langmuir. 1991. V. 7. № 12. P. 2934–2969. https://doi.org/10.1021/la00060a012
  12. Zueva O., Rukhlov V., Zuev Yu. Morphology of ionic micelles as studied by numerical solution of the Poisson equation // ACS Omega. 2022. V. 7. № 7. P. 6174–6183. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c06665
  13. Zueva O., Kusova A., Makarova A., et al. Reciprocal effects of multi-walled carbon nanotubes and oppositely charged surfactants in bulk water and at interface // Colloids and surfaces A. 2020. V. 603. P. 125296. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125296
  14. Bradley-Shaw J., Camp P., Dowding P., Lewtas K. Glycerol monooleate reverse micelles in nonpolar solvents: Computer simulations and small-angle neutron scattering // J. Phys. Chem. B. 2015. V. 119. № 11. P. 4321–4331. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5b00213
  15. Movchan T., Rusanov A., Plotnikova E. Reverse micelles and protomicelles of tetraethylene glycol monododecyl ether in systems with heptane and nile red // Russ. J. Gen. Chem. 2022. V. 92. P. 650–658. https://doi.org/10.1134/S1070363222040065
  16. Kopanichuk I., Novikov V., Vanin A., Brodskaya E. The electric properties of AOT reverse micelles by molecular dynamics simulations. // J. Molec. Liquids. 2019. V. 296. P. 111960. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111960
  17. Kopanichuk I., Vedenchuk E., Koneva A., Vanin A. Structural properties of Span 80/Tween 80 reverse micelles by molecular dynamics simulations // J. Phys. Chem. B. 2018. V. 122. № 33. P. 8047–8055. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b03945
  18. Невидимов А. Исследование строения обратных мицелл методом молекулярной динамики. LAP Lambert Academic Publishing. 2012.
  19. Victorov A., Voznesenskiy M., Safonova E. Spatial networks in solutions of wormlike aggregates: universal behaviour and molecular portraits // Russian chemical reviews. 2015. V. 84. № 7. P. 693–711. https://doi.org/10.1070/RCR4524
  20. Victorov A., Molchanov V., Sorina P., et al. Modeling micellar growth and branching in mixtures of zwitterionic with ionic surfactants // Langmuir. 2022. V. 38. № 39. P. 11929–11940. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c01677
  21. Palazzo G. Wormlike reverse micelles // Soft Matter. 2013. V. 9. № 45. P. 10668–10677. https://doi.org/10.1039/C3SM52193A
  22. Nagarajan R. Structure-performance relationships in surfactants. Ed. by K. Esumi, M. Ueno. Surfactant Science. V. 112. Boca Raton: CRC Press. 2013.
  23. Danov K., Kralchevsky P., Stoyanov S., et al. Analytical modeling of micelle growth. 1. Chain-conformation free energy of binary mixed spherical, wormlike and lamellar micelles // Journal of Colloid and Interface Science. 2019. V. 547. P. 245–255. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.03.105
  24. Danov K., Kralchevsky P., Stoyanov S., et al. Growth of wormlike micelles in nonionic surfactant solutions: Quantitative theory vs. experiment // Adv. Colloid Interface Sci. 2018. V. 256. P. 1–22. https://doi.org/10.1016/j.cis.2018.05.006
  25. Iyer J., Blankschtein D. Molecular-thermodynamic framework to predict the micellization behavior of mixtures of fluorocarbon-based and hydrocarbon-based surfactants // J. Phys. Chem. B. 2014. V. 118. № 9. P. 2377–2388. https://doi.org/10.1021/jp4047209
  26. Goldsipe A., Blankschtein D. Molecular-thermodynamic theory of micellization of multicomponent surfactant mixtures: 2. pH-sensitive surfactants // J. Phys. Chem. B. 2007. V. 23. № 11. P. 5953–5962. https://doi.org/10.1021/la063082z
  27. Eroshkin Yu., Adzhemyan L., Shchekin A. Model of inverse “dry” micelles with coexisting spherical, globular and cylindrical aggregates // Physica A. 2023. V. 615. P. 128615. https://doi.org/10.1016/j.physa.2023.128615
  28. Shchekin A., Adzhemyan L., Eroshkin Yu., Volkov N. Work of formation of direct and inverse micelle as a functions of aggregation number // Colloid J. 2022. V. 84. P. 109–119. https://doi.org/10.1134/S1061933X22010124
  29. Anachkov S., Kralchevsky P., Danov K., et al. Disclike vs. cylindrical micelles: Generalized model of micelle growth and data interpretation // Journal of Colloid and Interface Science. 2014. V. 416. P. 258–273. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.11.002
  30. Rusanov A., Shchekin A. Micelle formation in solutions of surfactants. St. Petersburg: Lan’. 2016. 2nd ed.
  31. Smith G., Brown P., James C., et al. The effect of solvent and counterion variation on inverse micelle CMCs in hydrocarbon solvents // Colloids Surf. A. 2016. V. 494. P. 194–200. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.01.020
  32. Urano R., Pantelopulos G., Straub J. Aerosol-OT surfactant forms stable reverse micelles in apolar solvent in the absence of water // J. Phys. Chem. B. 2019. V. 123. № 11. P. 2546–2557. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b07847
  33. Volkov N., Shchekin A., Posysoev M., et al. Investigation of the structural and transport properties of micellar solutions in polar and nonpolar solvents by the method of molecular dynamics, in modern chemical physics at the intersection of physics, chemistry and biology // Abstracts of the International Scientific Conference. Chernogolovka. 2021. P. 418–419.
  34. Smith G., Brown P., Rogers S., Eastoe J. Evidence for a critical micelle concentration of surfactants in hydrocarbon solvents // Langmuir. 2013. V. 29. № 10. P. 3252–3258. https://doi.org/10.1021/la400117s
  35. Daful A., Avalos J., Mackie A. Model shape transitions of micelles: spheres to cylinders and disks // Langmuir. 2012. V. 28. № 8. P. 3730–3743. https://doi.org/10.1021/la204132c
  36. Johnsson M., Edwards K. Liposomes, disks, and spherical micelles: Aggregate structure in mixtures of gel phase phosphatidylcholines and poly(ethylene glycol)-phospholipids // Biophysical Journal. 2022. V. 85. № 6. P. 3839–3847. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(03)74798-5
  37. Edmonds W., Li Zh., Hillmyer M., Lodge T. Disk micelles from nonionic coil-coil diblock copolymers // Macromolecules. 2006. V. 39. № 13. P. 4526–4530. https://doi.org/10.1021/ma060633j
  38. Rusanov A., Grinin A., Kuni F., Shchekin A. Nanostructural models of micelles and premicellar aggregates // Russ. J. Gen. Chem. 2002. V. 72. P. 607–621. https://doi.org/10.1023/A:1016348617547
  39. Посысоев М. Молекулярно-динамическое моделирование распределения агрегатов по размерам для неионного ПАВ в неполярном растворителе // ВКР. 2022. http://stat.phys.spbu.ru/Aspirant/2022/Posysoev.pdf
  40. Naharros-Molinero A., Caballo-Gonzalez M., de la Mata F., Garcia-Gallego S. Direct and reverse pluronic micelles: Design and characterization of promising drug delivery nanosystems // Pharmaceutics. 2022. V. 14. № 12. P. 2628. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14122628
  41. Helfand E., Frisch H.L., Lebowitz J.L. Theory of the two- and one-dimensional rigid sphere fluids // J. Chem. Phys. 1961. V. 34. № 3. P. 1037. https://doi.org/10.1063/1.1731629
  42. Santos A., Haro M.L., Yuste S.B. An accurate and simple equation of state for hard disks // J. Chem. Phys. 1995. V. 103. P. 4622–4625. https://doi.org/10.1063/1.470649
  43. Flory P. Principles Of Polymer Chemistry. Ithaca: Cornell Univ. Press. 1962.
  44. May S., Ben-Shaul A. Molecular packing in cylindrical micelles, Ch. 2 in giant micelles. Properties and applications. Eds. By R. Zana, E.W. Kaler. Boca Raton: CRC Press. Taylor & Francis Group. 2007.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».