Метастабильные состояния, гистерезис и медленная динамика на водном интерфейсе стекла, выявленные с помощью микроскопии генерации второй гармоники

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Интерфейсы стекло/вода лежат в основе электрокинетики, микрофлюидики и множества экспериментов в области физики и биофизики. Однако, несмотря на их повсеместное распространение, их молекулярная структура и электростатические свойства в условиях потока остаются слабо изученными. В данной работе использовалась микроскопия генерации второй гармоники в сочетании со спектроскопией комбинационного рассеяния света для прямого отслеживания динамики поверхностного потенциала водного интерфейса стекла при циклическом изменении рН. Показано возникновение гистерезиса в скорости релаксационных процессов на поверхности стекла при скачкообразных изменениях рН раствора. Эксперименты с циклическими изменениями рН показали, что интерфейс стекла может занимать множество метастабильных зарядовых состояний, при которых поверхностный потенциал постепенно изменяется от −110 мВ до −25 мВ. Такое зависящее от предыстории поведение имеет важное значение в биофизике и физике конденсированных сред, где одиночные молекулы, напоразмерные кристаллы и клетки могут подвергаться влиянию поверхностного потенциала от стеклянных подложек.

Об авторах

И. А Ковалев

Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"; Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН

Троицкое обособленное подразделение Москва, Россия; Москва, Россия

И. Ю Еремчев

Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН

Троицкое обособленное подразделение Москва, Россия

Д. Рёзел

École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

Лозанна, Швейцария

М. Ю Еремчев

Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН

Email: maks.eremchev@gmail.com
Троицкое обособленное подразделение Москва, Россия

Список литературы

  1. J. L. Bañuelos, E. Borguet, G. E. Brown et al. (Collaboration), Chem. Rev. 123(10), 6413 (2023); https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00130.
  2. E. Barry, R. Burns, W. Chen et al. (Collaboration), Chem. Rev. 121(15), 9450 (2021); https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00069.
  3. P. Robin and L.Bocquet, J. Chem. Phys. 158(16) (2023); https://doi.org/10.1063/5.0143222.
  4. L. T. Zhuravlev, Colloids Surf. Physicochem. Eng. Asp. 173(1–3), 1 (2000); https://doi.org/10.1016/S0927-7757(00)00556-2.
  5. The Chemistry of Silica: Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry of Silica, John Wiley & Sons (Wiley), N. Y. (1979); https://books.google.ru/books?id=DeORAQAAIAAJ.
  6. P. M. Dove and C. M. Craven, Geochim. Cosmochim. Acta 69(21), 4963 (2005); https://doi.org/10.1016/j.gca.2005.05.006.
  7. M. A. Brown, A. Beloqui Redondo, M. Sterrer, B. Winter, G. Pacchioni, Z. Abbas, J. A. van Bokhoven, Nano Lett. 13(11), 5403 (2013); https://doi.org/10.1021/nl402957y.
  8. W. J. Lambert and D. L. Middleton, Anal. Chem. 62(15), 1585 (1990); https://doi.org/10.1021/ac00214a009.
  9. G. P. Panasyuk, I. V. Kozerozhets, I. L. Voroshilov, Yu. D. Ivakin, V. I. Privalov, and M. N. Danchevskaya, Russ. J. Inorg. Chem. 66(5), 724 (2021); https://doi.org/10.1134/S0036023621050120.
  10. K. B. Eisenthal, Chem. Rev. 106(4), 1462 (2006); https://doi.org/10.1021/cr0403685.
  11. S. Ong, X. Zhao, and K. B. Eisenthal, Chem. Phys. Lett. 191(3–4), 327 (1992); https://doi.org/10.1016/0009-2614(92)85309-X.
  12. L. B. Dreier, C. Bernhard, G. Gonella, E. H. G. Backus, and M. Bonn, H. J. Phys. Chem. Lett. 9(19), 5685 (2018); https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b02093.
  13. G. Gonella, C.Litgebaucks, A. G. F. de Beer, and S. Roke, Phys. Chem. C 120(17), 9165 (2016); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b12453.
  14. M. Yu. Eremchev, JETP Lett. 118(4), 288 (2023); https://doi.org/10.1134/S0021364023602245.
  15. A. M. Darlington, and J. M. Gibbs-Davis, J. Phys. Chem. C 119(29), 16560 (2015); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b02480.
  16. C. Macias-Romero, I. Nahalka, H. I. Okur, and S. Roke, Science 357(6353), 784 (2017); https://doi.org/10.1126/science.aal4346.
  17. Md. S. Azam, C. N. Weeraman, and J. M. Gibbs-Davis, J. Phys. Chem. Lett. 3(10), 1269 (2012); https://doi.org/10.1021/jz300255x.
  18. Md. S. Azam, C. Cai, J. M. Gibbs, E. Tyrode, and D. K. Hore, J. Am. Chem. Soc. 142 (2), 669 (2020); https://doi.org/10.1021/jacs.9b11710.
  19. E. Ma, J. Kim, H. Chang, P. E. Ohno, R. J. Judts, T. F. Miller, and F. M. Geiger, J. Phys. Chem. C 125(32), 18002 (2021); https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c04836.
  20. Y. Yu, Z. Song, B. Xu, Y. Tang, Q. Sun, and S. Zhou, Langmuir 41(23), 14719 (2025); https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5c00429.
  21. Y. Luo, A.-P. Pang, and X. Lu, Langmuir 38 (15), 4473 (2022); https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c00037.
  22. D. Lis, E. H. G. Backus, J. Hunger, S. H. Parekh, and M. Bonn, Solid. Science 344(6188), 1138 (2014); https://doi.org/10.1126/science.1253793.
  23. P. Ober, W. Q. Boon, M. Dijkstra, E. H. G. Backus, R. van Roij, and M. Bonn, Nat. Commun. 12(1), 4102 (2021); https://doi.org/10.1038/s41467-021-24270-x.
  24. C. Macias-Romero, M. E. P. Didier, P. Jourdain, P. Marquet, P. Magistretti, O. B. Tarun, V. Zubkovs, A. Radenovic, and S. Roke, for Opt. Express 22(25), 31102 (2014); https://doi.org/10.1364/OE.22.031102.
  25. D. Roesel, M. Eremchev, T. Schonfeldova, S. Lee, and S. Roke, Appl. Phys. Lett. 120(16), 160501 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0085807.
  26. O. B. Tarun, M. Yu. Eremchev, A. Radenovic, and S. Roke, Nano Lett. 19(11), 7608 (2019); https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b02024.
  27. M. Eremchev, D. Roesel, C. S. Poojari, A. Roux, J. S. Hub, and S. Roke, Biophys. J. 122(4), 624 (2023); https://doi.org/10.1016/j.bpj.2023.01.018.
  28. M. Yu. Eremchev and A. V. Naumov, JETP Lett. 121(3), 225 (2025); https://doi.org/10.1134/s0021364024605098.
  29. Q. Sun, Vib. Spectrosc. 62, 110 (2012); https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2012.05.007.
  30. A. Cimas, F. Tielens, M. Sulpizi, M.-P. Gaigeot, and D. Costa, J. Phys. Condens. Matter 26(24), 244106 (2014); https://doi.org/10.1088/0953-8984/26/24/244106.
  31. L. Dalstein, E. Potapova, and E. Tyrode, Phys. Chem. Chem. Phys. 19(16), 10343 (2017); https://doi.org/10.1039/C7CP01507K.
  32. C. T. Konek, M. J. Musorrafiti, H. A. Al-Abadleh, P. A. Bertin, S. T. Nguyen, and F. M. Geiger, J. Am. Chem. Soc. 126(38), 11754 (2004); https://doi.org/10.1021/ja0474300.
  33. T. Lagstrom, T. A. Gmur, L. Quaroni, A. Goel, and M. A. Brown, Langmuir 31(12), 3621 (2015); https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5b00418.
  34. J. M. Gibbs-Davis, J. J. Kruk, C. T. Konek, K. A. Scheidt, and F. M. Geiger, J. Am. Chem. Soc. 130(46), 15444 (2008); https://doi.org/10.1021/ja804302s.
  35. R. Tero, Materials 5, 2658 (2012).
  36. E. A. Dobrynina, S. V. Adichichev, and N. V. Surovtsev, Chem. and Phys. of Lipids 271, 105529 (2025).
  37. S. S. Kharintsev and E. I. Battalova, Nanophotonics 14(14), 2411 (2025).

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».