Влияние температуры и пространственных ограничений на самоорганизацию амфифильных гребнеобразных макромолекул (1102612)
Текст из файла
На правах рукописиГлаголева Анна АлександровнаВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОГРАНИЧЕНИЙНА САМООРГАНИЗАЦИЮАМФИФИЛЬНЫХ ГРЕБНЕОБРАЗНЫХ МАКРОМОЛЕКУЛСпециальности 02.00.06 – высокомолекулярные соединения01.04.07 – физика конденсированного состоянияАвтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукМосква–2012Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физическогофакультета Московского Государственного Университета имени М. В. ЛомоносоваНаучные руководители:доктор физико-математических наук,профессор Василевская Валентина Владимировнадоктор физико-математических наук,академик, профессор Хохлов Алексей РемовичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Бирштейн Татьяна Максимовнадоктор физико-математических наукКриксин Юрий АнатольевичВедущая организация:Институт химической физики им.
Н.Н. Семенова РАНЗащита состоится 12 декабря 2012 года вД501.002.01приМосковскомна заседании диссертационного советагосударственномуниверситетеимениМ. В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские Горы, д. 1, стр. 35,Центр коллективного пользования МГУ, конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке МГУ им.М. В. Ломоносова (Ломоносовский проспект, д. 27).Автореферат разосланноября 2012 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.01кандидат физико-математических наукЛаптинская Т.
В.2Общая характеристика работыАктуальность темы. Благодаря особенностям своего строения амфифильныесополимеры обладают высокой способностью к самоорганизации, спонтанномуформированию упорядоченных структур, что позволяет использовать такиесополимеры в электронике, генной терапии, фармацевтике. Данные области активноразвиваются, поэтому фундаментальное исследование амфифильных сополимеров, втом числе их изучение методами компьютерного моделирования, является одним изперспективных направлений науки о полимерах.Особенностью амфифильных сополимеров является то, что они содержатгруппы с различным сродством к растворителю. Разный характер взаимодействийзвеньев, включенных в единую цепь, с растворителем и между собой приводит квнутри- и межмолекулярной самоорганизации таких макромолекул.Помещенные в селективный для различных групп растворитель амфифильныемакромолекулы формируют глобулы сложного строения, для которых характерныналичие гидрофобных кластеров и внутримолекулярная сегрегация гидрофобных игидрофильных звеньев.Амфифильные макромолекулы со звеньями, селективно взаимодействующимисповерхностью,вееприсутствиидополнительносамоорганизуются,адсорбируются в том месте гетерогенной поверхности, где энергия адсорбцииминимальна, и таким образом, могут быть использованы для молекулярногораспознавания поверхности.В концентрированных растворах амфифильных макромолекул, состоящих изсильнонесовместимыхзвеньев,происходитмикрофазноерасслоениесобразованием доменов микро- и нанометровых размеров, богатых одним из типовзвеньев.
Морфология этих доменов весьма разнообразна и зависит от состава истроения макромолекул. Разнообразие микроструктур значительно увеличивается вслучае, если полимер находится в условиях пространственных ограничений, т.е.помещен в цилиндрический капилляр, сферическую пору, узкую щель, распределентонким слоем по поверхности.Эти свойства амфифильных макромолекул, делающие их перспективными вплане применения в самых современных областях промышленности, в большой3степени зависят от архитектуры макромолекулы, состава и закона распределенияразличных звеньев.Исследованияпоследних летпоказали,что многие биологические исинтетические макромолекулы являются амфифильными на уровне отдельногозвена, которое само по себе содержит как гидрофобные, так и гидрофильныегруппы.
В рамках простейшей теоретической модели амфифильные мономерныезвенья описываются в виде гантельки из гидрофобной и гидрофильной бусинок.Проведенные в рамках этой модели исследования показали, что амфифильные науровне отдельного мономерного звена макромолекулы способны формироватьнеобычные(цилиндрические,тороидальные,коллагеноподобныеиожерельеобразные) структуры.
Они позволили выявить необходимые условияформирования растворимых при высоких концентрациях полимера глобул, описатьособенности формирования фибрилл в растворах биологических и имитирующих ихсинтетическихмакромолекул,ввестипонятиеглобулярныхповерхностныхнанореакторов.Ясно, что процессы самоорганизации таких амфифильных макромолекул вусловиях, описанных выше, также обладают рядом особенностей, зависят от длиныбоковых цепей, и использование модели макромолекулы с амфифильным строениемзвена будет полезно для предсказания новых явлений в этих системах. Посколькуамфифильная на уровне отдельного звена макромолекула представляется какпредельный случай гребнеобразного сополимера со степенью полимеризации nбоковой цепи равной единице: n=1, то можно ожидать, что свойства амфифильныхмакромолекул будут также изменяться с ростом длины боковых цепей n.Цель работы.
Данная диссертационная работа посвящена исследованиюпроцессоввнутриимежмолекулярнойсамоорганизациигребнеобразныхамфифильных макромолекул при изменении качества растворителя в разбавленныхи концентрированных растворах, в условиях пространственных ограничений, атакже при адсорбции на паттернированную поверхность.Научная новизна результатов Впервые методом молекулярной динамики проведено сравнение процессаперехода клубок–глобула и глобулярного состояния амфифильных гребнеобразных4макромолекул с белковоподобной и регулярной статистиками распределения точекпришивки боковых цепей. Впервые с помощью компьютерного моделирования построена зависимостьтемпературы перехода клубок–глобула от степени полимеризации боковых цепейдля амфифильных гребнеобразных макромолекул с белковоподобной и регулярнойстатистиками распределения точек пришивки боковых цепей и установленосовпадение этой зависимости с теоретической. Впервые предложено использовать гребнеобразные макромолекулы для«распознавания» на поверхности узора, имеющего границу заданной кривизны, аименно, узора в виде круга, нанесенного на плоскую поверхность, а такжеспирального узора (кривизна границы которого непрерывно меняется). Впервые методом Монте-Карло исследованы процессы самоорганизации вконцентрированных растворах макромолекул из линейного и амфифильного блоковв объеме и цилиндрическом капилляре при разных значениях структурныхпараметров таких макромолекул – длины амфифильного блока и длины боковыхцепей в нем.Практическая значимость.
Результаты данной работы могут служить дляанализа экспериментальных данных в тех областях науки, где важно получатьупорядоченные на микроуровне системы, а также контролировать свойства этихсистем с помощью изменения внешних условий. Это такие области, какфармацевтика, электроника, оптоэлектроника, разработка новых функциональныхматериалов, мембран, покрытий, придающих поверхностям особые свойства.Публикации.
По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 13 тезисовконференций.Апробация работы. Основные результаты работы были доложены наЧетвертой Всероссийской Каргинской конференции «Наука о полимерах 21-мувеку», Москва, Россия, 2007; XVI Международной конференции студентов,аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, Россия, 2009; XXIсимпозиуме «Современная химическая физика», Туапсе, Россия, 2009; 10-мЕвропейском симпозиуме «Полимерные смеси» (10th European Symposium onPolymer Blends), Дрезден, Германия, 2010; Международной конференции «Теория икомпьютерноемоделированиеполимеров:5новыедостижения»(InternationalWorkshop «Theory and Computer Simulation of Polymers: New Developments»)Москва, Россия, 2010; Пятой Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры2010», Москва, Россия, 2010; XXII симпозиуме «Современная химическая физика»,Туапсе, Россия, 2010; III Международном форуме по нанотехнологиям, Москва,Россия, 2010; X конференции студентов и аспирантов НОЦ по химии и физикеполимеров, Москва, Россия, 2010; Международном симпозиуме «Молекулярнаяподвижность и порядок в полимерных системах» («Molecular Mobility and Order inPolymer Systems»), Санкт-Петербург, Россия, 2011; 12-м Полимерном симпозиуме вБайройте (12th Biennial Bayreuth Polymer Symposium), Байройт, Германия, 2011; 11-мЕвропейском симпозиуме «Полимерные смеси» (11th European Symposium onPolymer Blends), Сан-Себастьян, Испания, 2012; Всероссийской конференции«Актуальные проблемы физики полимеров и биополимеров», Москва, 2012.Личный вклад диссертанта.
Результаты, изложенные в диссертации,получены лично автором. Постановка задач исследований, определение методов ихрешения и интерпретация результатов выполнены совместно с научнымируководителями при его личном участии.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав, выводов и списка литературы (123 наименования) и содержит 120страниц текста, включая 37 рисунков и 8 таблиц.Содержание работыВо введении обоснована актуальность темы работы, представлена цельдиссертационной работы, отражена ее научная новизна и практическая значимость.В первой главе проведен обзор и анализ литературных данных по темедиссертации.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
