В этой статье приведен обзор медицинского использования рН- и температурно-чувствительных полимерных гидрогелей. Такие полимеры характеризуются термо- и pH-чувствительностью в водных растворах при температуре функционирования живых организмов и могут реагировать на малейшие изменения условий окружения. По причине этого поведения они получили название стимул-чувствительные полимеры. Такой отклик на внешний раздражитель происходит за счет амфифильности (дифильности) этих (со)полимеров. Термин гидрогели включает в себя несколько понятий макро- и микрогели. Микрогели, в отличие от макрогелей, представляют собой полимерные частицы, которые находятся в диспергированном состоянии в жидкости и являются нано- или микрообъектами. В обзоре представлены работы, отражающие основные пути получения таких полимерных материалов, среди них осадительная полимеризация, как основной, наиболее простой и доступный способ, миниэмульсионная полимеризация, микрофлюидика и послойная адсорбция полиэлектролитов. Подобные системы, несомненно, будут перспективны для использования их в биотехнологии и медицине, из-за того, что они представляют собой набухшие жидкостью частицы, способные связывать и нести внутри себя различные вещества, от низко - до высокомолекулярных. Также важным фактором является то, что небольшое нагревание и охлаждение или незначительное изменение рН среды переводит систему из гомогенного в гетерогенное состояние и обратно. Именно это дает возможность использовать данные полимеры как средства направленной доставки лекарств, позволяющие снизить негативное влияние токсичных веществ, используемых для лечения, на весь организм и направить это действие в определенную точку. Помимо этого, такие полимеры можно использовать для создания «умных» покрытий имплантируемых материалов, а также искусственного матрикса для регенерации клеток и тканей, способствуя значительному повышению вероятности приживаемости и скорости восстановления клеток и тканей.
Конденсированные среды и межфазные границы
2020. — Выпуск 4
Содержание:
Показана возможность использования математической формы теории Даркена, применённой к описанию эффекта Киркендалла в бинарных системах, к описанию реакционной взаимодиффузии в нестехиометрических поликристаллических плёночных оксидных системах с ограниченной растворимостью. Цель работы - моделирование реакционной взаимодиффузии в условиях вакуумного отжига тонкоплёночной системы, состоящей из двух нестехиометрических поликристаллических оксидов титана и кобальта. Нестехиометрический характер системы предполагает наличие в ней подвижных компонентов - свободных межузельных катионов кобальта и титана. Фазообразование происходит в результате реакционной взаимодиффузии и захвата подвижных компонентов системы на межзёренных ловушках. Предложенный механизм описывает распределённое по глубине системы образование фаз сложных оксидов. Использовалась комплексная методика эмпирического исследования, содержащая методы Резерфордовского обратного рассеивания, рентгенофазового анализа и моделирования. Значения характеристических параметров процесса определялись путем численного анализа полученных экспериментально концентрационных распределений компонентов в рамках разработанной модели. При вакуумном отжиге тонкоплёночной двухслойной системы нестехиометрических оксидов TiO2-x-Co1-уO в диапазоне температур Т = 773-1073 К определены значения индивидуальных коэффициентов диффузии кобальта DCo = 5.1Д0-8 • exp(-1.0 эВ/(kT) см2/е и титана DTi = 1.38Д0-13 • exp(-0.31 эВ/(к7) ем2/е. Показано, что при Т = 1073 К происходит фазообразование CoTiO3 ромбоэдрической модификации. Протяжённость области фазообразования сложных оксидов кобальта и титана увеличивается с ростом температуры вакуумного отжига и при 1073 К становится соизмеримой с общей толщиной плёночной системы. Модель позволяет прогнозировать концентрационные распределения компонентов по глубине многослойных нестехиометрических систем, в которых возможна реакционная взаимодиффузия.
Ключевые слова
Магнитные свойства в аморфных многослойных наноструктурах [(CoFeB)60C40/SiO2]200 и [(CoFeB)34(SiO2)66/C]46 с разным содержанием магнитного сплава CoFeB в металлокомпозитных слоях и инверсным расположением неметаллических фаз С и SiO2 в композитных слоях или в прослойках были исследованы магнитооптическими методами. С помощью спектральных и полевых зависимостей экваториального эффекта Керра (ЭЭК) установлено, что в образцах обеих магнитных многослойных наноструктур (МНС) магнитооптический отклик и магнитный порядок определяются фазовым составом композитных слоев. В образцах МНС [(CoFeB)60C40/SiO2]200 с послеперколяционным содержанием металлических кластеров в металлокомпозитных слоях максимальные абсолютные значения ЭЭК уменьшаются примерно в 2.5 раза по сравнению с исходным аморфным сплавом Co40Fe40B20, в то время как полевые зависимости ЭЭК в образцах этой МНС обладает чертами, характерными для мягких ферромагнетиков. В образцах другой МНС [(CoFeB)34(SiO2)66/C]46 с доперколяционным содержанием металлических кластеров в оксидной матрице SiO2 металлокомпозитных слоев спектральные зависимости ЭЭК принципиально отличаются от ЭЭК исходного аморфного сплава Co40Fe40B20 как по форме, так и по знаку. Полевые зависимости ЭЭК образцов этой МНС носят линейный характер, характерный для суперпарамагнетиков.
Ключевые слова
В данной работе был синтезирован кобальт-цинковый феррит (Co0.5Zn0.5Fe2O4 глицин-нитратным методом с последующим отжигом в высокотемпературной печи при температуре 1300 °С. С помощью методов энергодисперсионного и рентгенофазового анализа, а также растровой электронной микроскопии определены качественный состав и его микроструктурные характеристики. Из анализа микрофотографий обнаружено, что полученный после термического отжига микропорошок кобальт-цинкового феррита обладает средним размером частиц 1.7±1 мкм. Анализ рентгенограммы показал, что отожжённый микропорошок кобальт-цинкового феррита имеет кубическую кристаллическую структуру с параметром решетки a = 8.415 А. Используя уравнения Шеррера и Вильямсона-Холла рассчитаны средние размеры областей когерентного рассеяния, соизмеримые с размером кристаллитов: по Шерреру D = 28.26 нм и по Вильямсону-Холлу D = 33.59 нм и значение микронапряжений e = 5.62*10-4 в структуре феррита. С помощью векторного анализатора цепей определены электромагнитные свойства композитного материала на основе синтезированного кобальт-цинкового феррита. Методом Николсона-Росса-Вейра определены частотные зависимости значений магнитной и диэлектрической проницаемостей из измеренных S-параметров композитного материала (50 % ферритового наполнителя по массе и 50 % парафина) в диапазоне 0.015-7 ГГц. При анализе графиков зависимости магнитной проницаемости от частоты электромагнитного излучения была обнаружена резонансная частота f ~ 2.3 ГГц. Обнаруженный магнитный резонанс области УВЧ диапазона позволяет считать полученный материал перспективным для использования в качестве эффективных поглотителей электромагнитного излучения в диапазоне 2-2.5 ГГц.
Ключевые слова
В работе представлены результаты исследования твердофазных равновесий в системе Tb-Te и термодинамических свойств теллуридов тербия методами электродвижущих сил и рентгенофазового анализа. На основании полученных экспериментальных данных установлено, что в системе образуются соединения TbTe, Tb2Te3, TbTe2 и TbTe3. Для изучения сплавов из двухфазных областей TbTe3+Te, TbTe2+TbTe3 и Tb2Te3+TbTe2 измеряли электродвижущую силу (ЭДС) концентрационных цепей относительно электрода TbTe, а из области TbTe+Tb2Te3 - концентрационных цепей относительно тербиевого электрода. Комбинированием данных измерений ЭДС концентрационных цепей обоих типов в интервале температур 300-450 К определены парциальные термодинамические функции TbTe и Tb в сплавах, на основании которых вычислены стандартные термодинамические функции образования и стандартные энтропии указанных теллуридов тербия.
Ключевые слова
Прямым взаимодействием стехиометрических количеств теллурида таллия Tl2Te, элементарных редкоземельных элементов (РЗЭ) и теллура в вакуумированных (10-2Па) кварцевых ампулах синтезированы соединения состава Tl4LnTe3 (Ln-Nd, Sm, Tb, Er, Tm). Полученные образцы идентифицированы методами дифференциального термического и рентгенофазового анализов. На основании данных термограмм нагревания показано, что указанные соединения плавятся с разложением по перитектическим реакциям. Анализ порошковых дифрактограмм показал, что они полностью индицируются в тетрагональной решетке типа Tl5Te3 (Пр.гр. I4/mcm). Используя уточнение Le Bail, рассчитаны параметры кристаллических решеток синтезированных соединений. Установлено, что при замещении атомов таллия, расположенных в центрах октаэдров, атомами РЗЭ наблюдается резкое уменьшение параметра а и увеличение параметра с. Это связано с тем, что замещение атомов таллия катионами РЗЭ приводит к усилению химической связи с атомами теллура. Это сопровождается некоторым искажением октаэдров и увеличением параметра с. Выявлена корреляция между параметрами кристаллических решеток и порядковым номером лантаноида: при переходе от неодима к тулию происходит практически линейное уменьшение обоих параметров кристаллической решетки, что, по-видимому, связано с лантаноидным сжатием. Полученные новые соединения дополняют обширный класс тройных соединений - структурных аналогов Tl5Te3 и представляют интерес как потенциальные термоэлектрические и магнитные материалы.
Ключевые слова
Ферримагнитные наночастицы используются в биотехнологии, например, как носители лекарств и биосенсоры, компоненты диагностических наборов, контрастные агенты для магнитно-резонансной томографии, в катализе, в электронике, при изготовлении магнитных жидкостей, магнитореологических суспензий и других областях техники. Применение магнитных наночастиц требует высоких магнитных характеристик, в частности, больших значений величины намагниченности насыщения. Цель работы - при комнатной температуре получить однофазные магнитные наночастицы твердых растворов MnxFe3xO4, исследовать зависимость изменения их структуры, морфологии и магнитных свойств от степени замещения для поиска диапазона составов с наибольшим значением намагниченности. Методом соосаждения из водных растворов солей синтезирована серия порошков Mn-замещенного магнетита MnxFe3xO4 (x = 0 - 1.8). С использованием методов магнитного анализа, рентгенофазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии исследованы его структурные и микроструктурные особенности, магнитные свойства. Данные рентгенофазового анализа и инфракрасной спектроскопии подтверждают образование однофазных соединений со структурой кубической шпинели. Максимальный рост намагниченности насыщения по сравнению с незамещенным магнетитом обнаружен для состава Mn0 3Fe2 7O4 (Ms = 68 А-м2кг-1 при 300 K и Ms = 85 Ам2кг-1 при 5 K), что связано с изменением катионного распределения в тетраэдрических и октаэдрических пустотах. Предложен способ управления магнитными свойствами магнетита путем частичного замещения ионов железа в структуре магнетита марганцем. Установлена возможность влиять на намагниченность и коэрцитивную силу порошков путем изменения степени замещения, при этом максимальная намагниченность соответствует порошку состава Mn0 3Fe2 7O4. Cравнительно высокие значения удельной намагниченности в сочетании с однородным размером наночастиц, полученных предложенным способом, могут представлять интерес для ряда приложений, в частности, получения магнитореологических жидкостей и формирования магнитоуправляемых капсул с целью адресной доставки лекарств и диагностики заболеваний в биологии и медицине (магнитная резонансная томография).
Ключевые слова
Развитие теоретических представлений о механизме реологического поведения строительных смесей и экспериментальная оценка реологических свойств является актуальным направлением физико-химических исследований материалов. Для оценки изменений реологических свойств при варьировании состава компонентов строительных смесей важным является применение количественных показателей, характеризующих микроструктуру смесей. Выявление закономерностей формирования гетерогенных микроструктур позволяет оценить их взаимосвязь с реологическими свойствами строительных смесей на макроуровне. Целью работы является обсуждение итогов реализации методологических подходов, теоретического моделирования и экспериментальной оценки количественных показателей реологических свойств типичных строительных смесей. Методология экспериментальных исследований основана на оценке реологических свойств гетерогенных дисперсных систем (ГДС) с учетом фрактально-кластерных проявлений в их микрогетерогенной составляющей. Эксперимент проводили на модельных ГДС, содержащих компоненты строительных смесей. Реологические свойства определяли методом ротационной вискозиметрии при варьировании составов ГДС. Для количественной оценки структурно-реологических свойств и выявления закономерностей их изменения от состава смесей применяли показатель фрактальности D, который определяли методом математического моделирования. Проанализированы модельные представления о реологическом поведении строительных смесей. Показано, что имеющиеся реологические модели упруго-вязко-пластичной среды не дают полного описания процессов формирования и разрушения микроструктуры концентрированных ГДС - строительных смесей. Проведена экспериментальная оценка влияния свойств частиц твердой фазы на изменение структурно-реологических характеристик ГДС с учетом фрактально-кластерных принципов их структурообразования. Уточнены представления о механизме реологического поведения строительных смесей, в которых учтены процессы формирования и разрушения фрактально-кластерных образований в микроструктуре ГДС. Показано, что показатель фрактальности D может выступать в качестве одной из количественных характеристик структурно-реологических свойств. Установлена взаимосвязь фрактальности D с другими экспериментальными реологическими характеристиками - предельным напряжением сдвига и эффективной вязкостью. Полученные результаты могут использоваться для регулирования реологических свойств и оптимизации технологических процессов производства строительных материалов и изделий.
Ключевые слова
Металлогидридные системы хранения водорода в настоящее время выпускаются промышленностью, и спрос на них постоянно растет. Его характеризует уникальное сочетание свойств систем металл-водород, возможность достижения экстремально высоких объемных плотностей атомов водорода в матрице металла, широкий диапазон рабочих давлений и температур, избирательность процесса поглощения водорода, значительные изменения физических свойств металла при его насыщении водородом, каталитическая активность и ряд других особенностей. Целью настоящей работы является исследование температуры катодной поляризации на диффузионнокинетические, термодинамические и физические свойства Al-Sm-H сплавов. В данной работе в качестве образцов использовались электроды Al-Sm-H сплавов, полученные электрохимическим способом по методу катодного внедрения в 0.5 М растворе салицилата самария в диметилформамиде при Екп = -2.9 В (относительно неводного хлорсеребряного электрода) и температуре 25 °С в течение 1 часа. Методом электродвижущих сил определялись термодинамические характеристики: свободная энергия Гиббса (AG), энтропия (AS), энтальпия (АН). Потенциостатический метод позволил рассчитать диффузионно-кинетические характеристики: константы внедрения, адсорбцию, а также плотность тока в момент включения и коэффициент диффузии. Микроструктурный анализ позволил установить влияние температуры на изменения морфологии поверхности. Установлено, что значения AG, AS, АН возрастают с увеличением температуры, что свидетельствует о повышении доли разупорядочения системы с ростом температуры. Тем не менее, рассчитанные характеристики хорошо согласуются с литературными данными.
Ключевые слова
Аморфные пленки SiOx с нанокластерами кремния представляют собой новый интересный материал как с точки зрения физики и технологии, так и возможных практических приложений, поскольку благодаря размерному квантованию такие пленки могут обладать фотолюминесценцией. При этом оптическими свойствами данных структур можно управлять, варьируя размеры и содержание нанокластеров кремния в пленке SiOx, а также путем преобразования нанокластеров в нанокристаллы с помощью высокотемпературного отжига. Однако в процессе отжига нестехиометрического оксида кремния могут происходить значительные изменения фазового состава и структуры пленок. Результаты исследований кристаллизации нанокластеров кремния в матрице SiOx показали, что даже при очень быстром способе отжига с помощью импульсного фотонного отжига происходит образование достаточно крупных кристаллитов кремния, при этом наблюдается кристаллизация, по крайней мере, части оксидной фазы в виде гидроокиси кремния H6O7Si2. Причем в пленках с исходным содержанием нанокластеров чистого кремния < 50 % при отжиге часть кремния уходит на формирование оксида, а часть на образование кристаллов кремния, а в пленке с исходной концентрацией нанокластеров кремния > 53 % наоборот при отжиге происходит частичный переход кремния из оксидной фазы в рост кристаллов Si.
Ключевые слова
За счет редкоземельного допирования фосфаты и ванадаты являются ведущими материалами для синтеза люминофоров благодаря их термостойкости, низкой температуре спекания, химической стабильности. Особый интерес привлекают люминофоры в наноразмерном состоянии. Простой, быстрый и масштабируемый синтез нанолюминофоров высокой химической гомогенности является актуальной задачей. Целью работы являлся синтез порошков смешанных кристаллов ванадат-фосфата иттрия различного состава методами соосаждения под действием микроволнового излучения и спрей-пиролиза, а также сравнительный анализ характеристик полученных образцов. Методами соосаждения под действием микроволнового излучения и спрей-пиролиза в различных режимах синтезированы образцы YVxP1xO4 разного состава. Данные рентгенофазового анализа в случае синтеза ванадат-фосфата иттрия YVxP1xO4 методом спрей-пиролиза с последующим отжигом подтверждают образование однофазных нанопорошков. Методами просвечивающей электронной микроскопии и растровой электронной микроскопии выявлены морфологические характеристики образцов. В зависимости от режима отжига образцы представляют собой ограненные либо сферические частицы размером менее 100 нм. Состав образцов YVxP1xO4, синтезированных методом соосаждения под действием микроволнового излучения, сильно зависит от рН раствора прекурсоров. Минимальное содержание примесных фаз достигается при рН, равном 9. Метод спрей-пиролиза позволяет синтезировать нанопорошки ванадат-фосфата иттрия YVxP1xO4 высокой химической гомогенности с размером частиц менее 100 нм. При синтезе YVP1xO4 методом соосаждения под действием микроволнового излучения максимальной химической однородности порошков ванадат-фосфата иттрия удается достигнуть при рН = 9. Однако дисперсия частиц по размеру велика, лежит в интервале 2-60 мкм.
Ключевые слова
Предложена методика активированного микроволновым излучением синтеза нанопорошка титаната кальция. Микроволновое воздействие, применяемое в процессе синтеза образцов CaTiO3, при использовании в качестве осадителя карбоната натрия позволяет получать химически однородный нанопорошок при существенном сокращении времени проведения процесса.