Самоорганизация амфифильных макромолекул в растворе и привитых слоях

• Автор: Глаголев, Михаил Константинович
• Шифр специальности: 02.00.06, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Линейные амфифильные макромолекулы
1.1.1 Простейшая двухбуквенная НР модель гидрофобно-гидрофильных макромолекул. Белковоподобные макромолекулы
1.1.2 Амфифильные на уровне отдельного звена макромолекулы. Классификация
1.1.3 Амфифильные на уровне отдельного звена макромолекулы. Модель «гантелек»
1.1.4 Жесткоцепные амфифильные макромолекулы
1.2 Межмолекулярные комплексы амфифильных макромолекул в растворах
1.3. Макромолекулы с локальной спиральной структурой
1.3.1. Вторичная спиральная структура в биологических макромолекулах
1.3.2. Теоретические модели макромолекул с локальной спиральной структурой. Модели макромолекул с потенциалами углов вращения
1.4 Полимерные щетки
2. Самоорганизация макромолекул с локальной спиральной структурой в разбавленных и концентрированных растворах
2.1 Модель и техника эксперимента
2.1.1 Модель одиночной цепи
2.1.2 Реализация потенциалов углов изгиба и внутреннего вращения
2.1.3 Исследование полуразбавленных растворов
2.1.4 Исследование концентрированных растворов
2.2 Компактизация макромолекул в разбавленных растворах
2.3 Формирование фибриллярных агрегатов в полуразбавленных растворах
2.4 Самоорганизация в концентрированных растворах
3. Слои привитого сополимера
3.1 Модель и техника эксперимента
3.2 Результаты
Выводы
Благодарности
Список литературы
Введение.
Актуальность работы
На фоне всё более широкого распространения «умных» материалов и миниатюризации продуктов высоких технологий растет интерес к системам, способным к спонтанной самоорганизации при изменении свойств окружающей среды. К числу наиболее перспективных и эффективных в этой связи систем, несомненно, относятся амфифильные макромолекулы, содержащие функциональные группы, имеющие разное сродство к полярным и неполярным растворителям. Наличие в амфифильных макромолекулах групп с различным сродством к растворителю способствует их внутримолекулярной самоорганизации, межмолекулярной агрегации, образованию сложных надмолекулярных структур.
В данной работе были исследованы амфифильные макромолекулы с локальной спиральной структурой и плотные слои амфифильных макромолекул, пришитых одним концом к плоской поверхности.
Вторичная спиральная структура - «-спирали и /?-слои в белках, спирали в синтетических полипептидах и полисахаридах, двойная спираль ДНК - является одним из наиболее часто встречающихся типов локального самоупорядочения в синтетических и биологических макромолекулах. Она фиксируется различными взаимодействиями между мономерными звеньями, такими как взаимодействия _ исключенного объема, электростатические взаимодействия, образование дисульфидных мостиков и водородных связей. При изменении физических параметров растворителя (температуры, ионной силы, качества растворителя) эти взаимодействия ослабевают, вторичная структура разрушается, происходит так называемый переход «спираль-клубок». Одновременно, с этим переходом происходит и изменение пространственной (третичной) структуры или конформации макромолекулы. В концентрированных растворах взаимодействия, приводящие к образованию локальной спиральной структуры, будут способствовать образованию различных надмолекулярных образований, таких как мицеллы, бислои, фибриллы.
Амфифильные макромолекулы используются для создания умных покрытий, чувствительных к изменению внешних условий. С этой целью они плотно одним концом прививаются к однородной поверхности, создавая защитный слой в виде

полимерной щетки. Если в ходе функционирования системы необходимо изменить свойства поверхности, эффективно использование амфифильных щеток, в которых различные макромолекулы привиты к поверхности или сами привитые макромолекулы состоят из звеньев с различным сродством к растворителю. Простейшим примером амфифильных щеток являются щетки АВ диблок-сополимеров. В таких щетках могут формироваться новые, отличные от случая раствора амфифильных макромолекул, весьма необычные структуры, свойства которых зависят как от взаимодействия блоков с растворителем и друг с другом, так и от плотности пришивки полимерных цепей к поверхности и от относительной длины каждого из блоков.
Отметим, что в условиях, когда новые методы синтеза позволяют конструировать амфифильные макромолекулы из самых разных мономерных звеньев, для поиска эффективных для тех или иных приложений сложных полимерных систем разумно использовать компьютерное моделирование.
Цель работы
Цель настоящей работы - исследование процессов самоорганизации в сложных системах амфифильных макромолекул, а именно растворах амфифильных макромолекул с локальной спиральной структурой и щетках диблок-сополимера, пришитых к плоской поверхности.
Научная новизна.
• В настоящей работе впервые проведены комплексные исследования амфифильных макромолекул с локальной спиральной структурой, задаваемой действием потенциалов, накладываемых на углы изгиба и внутреннего вращения основной цепи, в разбавленных и концентрированных растворах.
• Впервые показано, что при компактизации амфифильных макромолекул с локальной спиральной структурой происходит стабилизация локальной спиральной структуры и образуются глобулы сложного состава, характеристики которых определяются параметрами спиральной структуры.
• Впервые показано, что в полуразбавленных растворах амфифильные макромолекулы с локальной спиральной структурой формируют агрегаты-жгуты из

2. Самоорганизация макромолекул с локальной спиральной структурой в разбавленных и концентрированных растворах.
2.1 Модель и техника эксперимента
2.1.1 Модель одиночной цепи
Модель амфифильного звена представлена на рис. 18а. Мономерное звено представляет собой «гантельку» из гидрофобной Н и гидрофильной (полярной) Р бусинок, каждая массой т = 1, соединенных жесткой связью фиксированной длины Ь. Гантельки формируют амфифильную полимерную цепь длины N с основной цепью из гидрофобных бусинок Н и привесками из гидрофильных бусинок Р (длина связи между соседними по цепи бусинками также равна Ь). Кроме того, в соответствии с основной задачей данной работы, положение соседних по цепи гидрофобных бусинок Н фиксируется заданием предпочтительных значений угла в0 между соседними векторами связей и угла внутреннего вращения (р0, образованного тремя последовательными по цепи векторами связей (рис. 186).

Рис. 18. Модель амфифильного звена (а), угол изгиба в и угол внутреннего вращения (р полимерной цепи (б), цепь полимера из амфифильных звеньев (в).