Самоорганизация амфифильных макромолекул в растворе и привитых слоях (1104732)
Текст из файла
На правах рукописиГлаголев Михаил КонстантиновичСАМООРГАНИЗАЦИЯ АМФИФИЛЬНЫХ МАКРОМОЛЕКУЛ ВРАСТВОРЕ И ПРИВИТЫХ СЛОЯХСпециальности 02.00.06 ― высокомолекулярные соединения01.04.07 – физика конденсированного состоянияАвтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукМосква– 2013Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физическогофакультета Московского государственного университета имени М.
В. Ломоносова.Научные руководители:доктор физико-математических наук,профессор Василевская Валентина Владимировнадоктор физико-математических наук,академик РАН, профессор Хохлов Алексей РемовичОфициальные оппоненты:Бирштейн Татьяна Максимовна,доктор физико-математических наук, профессор,главный научный сотрудник Института высокомолекулярных соединений РАНСубботин Андрей Валентинович,доктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудник Института нефтехимического синтезаим. А. В. Топчиева РАНВедущая организация:Тверской государственный университетЗащита состоится 22 мая 2013 г в 15 час. 30 мин.
на заседании диссертационногосовета Д 501.002.01 при Московском государственном университете имениМ. В. Ломоносова по адресу: Ленинские горы, д.1, стр. 35, Центр коллективногопользования МГУ, конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотекиМГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27)Автореферат разослан ___ апреля 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного советакандидат физико-математических наукЛаптинская Т. В.2Общая характеристика работыАктуальность работы.Диссертационная работа посвящена компьютерному моделированию системамфифильных макромолекул: во-первых, раствора гомополимера, амфифильногона уровне отдельного мономерного звена и обладающего локальной спиральнойструктурой, и, во-вторых, щеток диблок-сополимера, пришитых к плоскойповерхности.Нафоневсёболееширокогораспространения«умных»материаловиминиатюризации продуктов высоких технологий растет интерес к системам,способным к спонтанной самоорганизации при изменении свойств окружающейсреды.
К числу наиболее перспективных и эффективных в этом отношении систем,несомненно,относятсяамфифильныемакромолекулы,содержащиефункциональные группы, имеющие разное сродство к полярным и неполярнымрастворителям. Наличие в амфифильных макромолекулах групп с различнымсродством к растворителю способствует их внутримолекулярной самоорганизации,межмолекулярной агрегации, образованию сложных надмолекулярных структур.Вторичная спиральная структура - α-спирали и β-слои в белках, спирали всинтетических полипептидах и полисахаридах, двойная спираль ДНК – являетсяодним из наиболее часто встречающихся типов локального самоупорядочения всинтетических и биологических макромолекулах.
Она фиксируется различнымивзаимодействиями между мономерными звеньями, такими как взаимодействияисключенногообъема,электростатическиевзаимодействия,образованиедисульфидных мостиков и водородных связей. При изменении физическихпараметров растворителя (температуры, ионной силы, качества растворителя) этивзаимодействия ослабевают, вторичная структура разрушается, происходит такназываемыйпереход «спираль-клубок».происходитиизменениеОдновременнопространственнойс этим переходом(третичной)структурыиликонформации макромолекулы. В концентрированных растворах взаимодействия,приводящиекобразованиюлокальнойспиральнойструктуры,будутспособствовать образованию различных надмолекулярных образований, таких какмицеллы, бислои, фибриллы.3Амфифильные макромолекулы используются для создания умных покрытий,чувствительных к изменению внешних условий. С этой целью они плотно однимконцом прививаются к однородной поверхности, создавая защитный слой в видеполимерной щетки.
Если в ходе функционирования системы необходимо изменитьсвойства поверхности, эффективно использование амфифильных щеток, в которыхразличныемакромолекулыпривитыкповерхностиилисамипривитыемакромолекулы состоят из звеньев с различным сродством к растворителю.Простейшим примером амфифильных щеток являются щетки АВ диблоксополимеров. В таких щетках могут формироваться новые, отличные от случаяраствора амфифильных макромолекул, весьма необычные структуры, свойствакоторых зависят как от взаимодействия блоков с растворителем и друг с другом,так и от плотности пришивки полимерных цепей к поверхности и от относительнойдлины каждого из блоков.Отметим, что в условиях, когда новые методы синтеза позволяют конструироватьамфифильные макромолекулы из самых разных мономерных звеньев, для поискаэффективных для тех или иных приложений сложных полимерных систем разумноиспользовать компьютерное моделирование.Цель работы - исследование процессов самоорганизации в сложных системахамфифильных макромолекул, а именно растворах амфифильных макромолекул слокальной спиральной структурой и щетках диблок-сополимера, пришитых кплоской поверхности.Научная новизна.В настоящей работе впервые проведены комплексные исследованияамфифильных макромолекул с локальной спиральной структурой, задаваемойдействием потенциалов, накладываемых на углы изгиба и внутреннего вращенияосновной цепи, в разбавленных и концентрированных растворах.Впервые показано, что при компактизации амфифильных макромолекул слокальной спиральной структурой происходит стабилизация локальной спиральнойструктуры и образуются глобулы сложного состава, характеристики которыхопределяются параметрами спиральной структуры.Впервые показано, что в полуразбавленных растворах амфифильныемакромолекулы с локальной спиральной структурой формируют агрегаты-жгуты из4нескольких макромолекул и обнаружено эффективное разделение макромолекул,имеющих спиральные локальные структуры различной хиральности.Впервые в компьютерных экспериментах обнаружено явление упорядоченияагрегатов-жгутов из амфифильных макромолекул, спонтанно формирующихся вконцентрированных растворах при ухудшении качества растворителя.Предложена оригинальная компьютерная модель для описания диблок-сополимерных щеток, состоящих из сильно несовместимых звеньев, в рамкахкоторой исследованы явления самоорганизации при увеличении притяжениязвеньев поверхностных блоков.Практическая ценность.Практическая ценность работы определяется тем, что ее результаты ужеиспользуются для интерпретациии анализа экспериментальных данных поповедению макромолекул, обладающих локальной спиральной структурой, врастворахразличныхконцентраций-отпредельноразбавленныхдоконцентрированных.
Кроме того, результаты могут служить теоретическойосновой при создании нанофибрилл, микроволокон и самоорганизующихсяжидкокристаллических систем на их основе, а также поверхностей с регулируемойадсорбцией низкомолекулярных веществ.Апробация работы.ОсновныерезультатыработыбылидоложенынаЧетвертойиПятойВсероссийских Каргинских конференциях, Москва, 2007, 2010, XVI и XIXМеждународных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов», Москва, 2009, 2012, XXI и XXII Симпозиумах «Современнаяхимическая физика», Туапсе, 2009, 2010, Международном семинаре “Theory andСomputer Simulation of Polymers: New Developments”, Москва, 2010, 43-мВсемирном полимерном конгрессе ИЮПАК, Глазго, 2010, X и XI конференцияхстудентов и аспирантов НОЦ по физике и химии полимеров, Москва, 2010, 2011,Седьмом международном симпозиуме “Molecular Mobility and Order in PolymerSystems”, Санкт-Петербург, 2011, Всероссийской конференции «Актуальныепроблемы физики полимеров и биополимеров», Москва, 2012.5Публикации.На основе результатов данной диссертационной работы опубликовано 16 печатныхработ, из которых 4 статьи и 12 тезисов.Личный вклад автора.Результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором.
Постановказадачисследований,определениеметодовихрешенияиинтерпретациярезультатов выполнены совместно с научными руководителями при его личномучастии.Структура и объем работы.Диссертация содержит 120 страниц текста, включая 61 рисунок, оглавление исписок литературы из 121 наименования. В работе принята сквозная нумерациярисунков и формул.Краткое содержание работы.Во введении обоснована актуальность темы работы, определены цели работы,сформулированы выносимые на защиту положения, показана научная новизна ипрактическая значимость работы, описана структура диссертации.В первой главе приведен обзор литературных данных по теме диссертации.
Главасостоит из четырех частей.В первом параграфе обзора литературы описаны наиболее распространенныемоделиамфифильныхмоделированиясмакромолекул,теоретическимииприведеносравнениеэкспериментальнымирезультатовданнымидлягибкоцепных и жесткоцепных макромолекул, показана двумерная классификациямономерных звеньев, определяющая понятие амфифильности на уровне отдельногомономерного звена.Второй параграф обзора литературы посвящен исследованиям поведениягибкоцепных и жесткоцепных амфифильных макромолекул в растворах. Изложенырезультаты компьютерного моделирования поведения таких макромолекул взависимостиотжесткостииконцентрации,приведеносравнениесэкспериментально исследованными системами на основе поли(пара-фениленов).В третьем параграфе описаны наиболее часто встречающиеся спиральныеструктуры в биологических и синтетических макромолекулах.
Приведеныэкспериментальные данные об условиях образования вторичной спиральной6структуры и параметрах таких структур в биологических и синтетическихмакромолекулах.Четвертыйпараграфпосвященэкспериментальнымитеоретическимисследованиям щеток диблок-сополимера, пришитых к плоской поверхности.Показанавозможностьсоздаватьнаосноведиблок-сополимеровщетки,чувствительные к различным параметрам среды.
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}
