Количественный анализ структуры частично кристаллических полимеров и композитов на их основе по данным атомно-силовой микроскопии (1103417)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиБагров Дмитрий ВладимировичКОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЧАСТИЧНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ ПОДАННЫМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ02.00.06 – высокомолекулярные соединения,физико-математические наукиАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2011Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристалловФизического факультета Московского государственного университета имениМ.В.ЛомоносоваНаучныйруководительдоктор физ.-мат.

наук, профессорЯминский Игорь ВладимировичОфициальныеоппонентыдоктор физ.-мат. наук, профессорМалкин Александр Яковлевичкандидат физ.-мат. наукЕжов Александр АнатольевичВедущая организацияИнститут синтетическихполимерных материалов имениН.С. Ениколопова РАНЗащита состоится 27 апреля 2011 года в 16.30 на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 в Московском государственномуниверситете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1, г. Москва,Ленинские горы, МГУ, физический факультет, аудитория ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУ имени М.В.Ломоносова.Автореферат разослан “ ” ________2011 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.501.002.01,кандидат физико-математических наукЛаптинская Т.В.2Общая характеристика работыДиссертационная работа посвящена изучению особенностей структурычастично кристаллических полимеров и композиционных материалов на ихоснове, а именно: изучению механизмов деформации, процессовкристаллизации на подложке из раствора, изменений структуры присмешивании с низкомолекулярными веществами.

Основной метод,использованный в работе – атомно-силовая микроскопия (АСМ), причем дляобоснования выводов используется не только качественный, но иколичественный анализ изображений. В работе предложена установка иметодика для визуализации и измерения локальных деформаций полимерныхпленок с помощью АСМ, показана эффективность предложенной методики дляработы с обычными полимерными пленками, а также с композитнымипленками, имеющими жесткое покрытие. Изучены надмолекулярные агрегатыбелков паутины: нанофибриллы и поверхностные ламели. Последниеформируются при адсорбции молекул на слюду из водного раствора,геометрические характеристики ламелей и особенности процесса ихформирования были исследованы с помощью АСМ. В работе такжеисследованы пленки из поли(3-гидроксибутирата) и композиты слекарственными веществами на его основе.Актуальность работыОпределение структуры и морфологии частично кристаллическихполимеров лежит в основе понимания их механических, оптических,температурных и других функциональных свойств.

Многообразиенадмолекулярных агрегатов, образуемых частично кристаллическимиполимерами, делает их сложными для изучения объектами. Поскольку спектрприменений частично кристаллических полимеров непрерывно расширяется,необходимо развитие новых способов их обработки и контроля качества. Этотребует развития методов исследований, способных определять особенности ихструктуры и морфологии с высоким пространственным разрешением.

Даннаяработа посвящена развитию методов количественного анализа структурыкристаллических полимеров и композитов на их основе с помощью атомносиловой микроскопии.Одним из наиболее широко применяемых на практике частичнокристаллических полимеров является полипропилен. В частности, биаксиальноориентированные полипропиленовые пленки широко используются в качествеупаковочных и изолирующих материалов, подвергающихся механическимнагрузкам. Несмотря на их широкое применение, механизмы их деформациинедостаточно изучены. Особенно актуально изучение изменений структуры3пленок при их вытяжке, а именно изучение механизма пластическойдеформации и начальных стадий прорастания трещин.Биосовместимые полимеры, а также композиты на их основе,представляют собой важнейший класс биосовместимых материалов, которые внастоящее время активно используются в медицине.

К традиционнымприменениям биосовместимых полимеров в качестве носителей для доставкилекарств, шовных материалов и материалов для лечения повреждений кожидобавляются такие новые высокотехнологичные применения, как созданиеискусственных тканей и органов, а также имплантируемых биосенсоров. Длямаксимально эффективного использования биосовместимых полимеровтребуется детальное знание особенностей их структуры и свойств. Средиразнообразных по структуре биосовместимых полимеров особый интерес дляизучения представляют частично кристаллические полимеры, посколькукристаллическая структура, с одной стороны, улучшает механическиехарактеристики (делает материал прочнее), а с другой стороны, обычнозамедляет его разложение в организме.

В данной работе были исследованыполимеры, для которых либо в клинической практике доказана эффективностьприменения, либо на уровне лабораторных экспериментов имеются данные оперспективе их использования в медицинских приложениях. Проведенные вданной работе эксперименты направлены на получение новых данных, которыепозволили бы лучше понять свойства этих полимеров и особенности ихкристаллической структуры.Актуальными для изучения биосовместимыми кристаллическимиполимерами являются белки паутины.

Природная паутина сочетает в себеисключительные механические свойства (высокую прочность и способность крассеиванию энергии) с высокой биосовместимостью, что делает ее важнымобъектом для изучения как с физической, так и с биологической точки зрения.В частности, актуальной задачей является выяснение закономерностейагрегации и способов укладки молекул белков паутины, поскольку этопозволит лучше понять свойства этого материала и оптимизировать способыего обработки.Поли(3-гидроксибутират) – это природный биодеградируемый частичнокристаллический полимер, который в настоящее время используется какматериал для имплантов и покрытий для них.

Актуальной задачей являетсяизучение особенностей поверхности пленок из поли(3-гидроксибутирата), атакже процессов их деградации.Цель и задачи работыЦелью данной работы было развитие методов анализа структурыкристаллических полимеров на основании количественных данных атомно4силовой микроскопии и выявление особенностей микро- и наноструктурыбиосовместимых кристаллических полимеров и композитов на их основе.Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:1.

Описать и определить механизмы изменения структуры поверхностибиаксиально-ориентированных пленок на основе полипропилена (БОПП)при растяжении, в том числе:– Разработать методику наблюдения поверхности полимерныхпленок методом АСМ при их растяжении, отработать ее на примеревысокоэластичной пленки.– Описать закономерности пластической деформации, а такжезарождения и прорастания трещин на поверхности пленок БОПП,соотнести их с известными закономерностями, предсказываемымимеханикой разрушения.2. Установить взаимосвязь между способом приготовления и обработкипленок поли(3-гидроксибутирата) и морфологией их поверхности, атакже выявить влияние низкомолекулярных веществ на морфологиюповерхности.3.

Охарактеризовать надмолекулярные агрегаты белков 1F9 и 2E12паутины, в том числе:– Разработать протоколы приготовления растворов белков паутины1F9 и 2E12, в которых белки не агрегируют и длительное времянаходятся в состоянии отдельных молекул, и нанесения этихрастворов на подложку.– Провести количественную обработку изображений белковыхагрегатов.Научная новизна диссертации1.В данной работе впервые установлены закономерности зарожденияи прорастания трещин в металлизированной пленке биаксиальноориентированногополипропилена,проанализированызакономерностиизменения шероховатости поверхности поливинилхлорида и полипропиленапри их вытяжке.2.Определена зависимость морфологии ультратонких пленок поли(3гидроксибутирата) от условий их приготовления.

Обнаружено возникновениефазового контраста на кристаллических ламелях, имеющих различнуюориентацию относительно подложки.3.Обнаружено,чтоприанализесовместимостиполи(3гидроксибутирата) с низкомолекулярными веществами (рифампцином,левофлоксацином и индометацином) метод АСМ дает результаты, хорошо5совпадающие с результатами, полученными другими методами –спектрофотометрическим и методом оценки параметров растворимости.4.Впервые обнаружено формирование ламелей из молекулрекомбинантных белков паутины на слюде, причем ламели могут быть двухтипов. На основании измерений размеров ламелей показано, что молекулы,адсорбированные на слюду и на поверхность уже сформированныхмонослойных ламелей, имеют разную конформацию.

Обнаружено сходствомежду размерами и морфологией ламелей, образованных двумя разнымибелками паутины 1F9 и 2Е12. Показано, что скорость роста ламелейсущественно зависит от аминокислотного состава. Методом АСМ полученыизображения отдельных молекул белка 2Е12 – первые микроскопическиеизображения отдельных молекул белка паутины.Практическая значимостьУстановка для деформации пленок, совместимая с АСМ, использованнаяв данной работе для наблюдения формирования полос сдвига на поверхностиполипропилена, представляет собой новый инструмент для изучениямеханизмов деформации полимеров, который может быть востребован взадачах контроля качества, изучении свойств композитных материалов имеханики разрушения.Результаты, полученные в данной работе при исследовании пленокполи(3-гидроксибутирата), могут быть использованы при разработке имплантови новых носителей для лекарств.В данной работе впервые микроскопическим методом наблюдалисьотдельные молекулы спидроинов – этот результат позволяет оптимизироватьпроцедуры растворения и обработки белков паутины, поскольку показывает,что в растворах, приготовленных по определенным протоколам, онисуществуют в форме отдельных молекул.

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.

Список файлов диссертации