Лаборатория теории амфифильных полимерных систем

 

Многие макромолекулярные системы обладают особыми свойствами благодаря структурированию - упорядочению взаимного положения полимерных звеньев и окружающих молекул. Такие структуры направленно создаются в самых разных областях человеческой деятельности (например, в материалах для различных экранов и покрытий, автомобильной и бытовой технике, литографии и топливных элементах, строительных материалах и медицинских препаратах). Амфифильные молекулы имеют в своем составе химические группы двух типов, заметно различающихся по энергии взаимодействия с окружающим их молекулами. Простейший пример амфифильной молекулы - молекула поверхностно-активного вещества (сурфактанта), состоящая из гидрофобной (Н) и гидрофильной, или полярной (Р), частей. На поверхности раздела сред типа вода-масло такие молекулы концентрируются, ориентируясь определенным образом, что приводит к уменьшению поверхностного натяжения (Рис. 1). Этот эффект используется, например, для стабилизации эмульсий.

 

 

Рис. 1. Рис. 2.

 

Способность макромолекул к структурированию и их физико-химические свойства также связаны с наличием гидрофобных и полярных химических групп. Например, растворимость глобулярных белков в воде и возможность быстрого коллапса белковых молекул из развернутого состояния обусловлена определенным расположением гидрофобных и гидрофильных аминокислотных остатков вдоль цепи молекулы, позволяющим полярным группам оказываться преимущественно на поверхности глобулы (Рис. 2) [Dill, 1985].

Для теоретического описания полимерных систем используются методы статистической физики макромолекул: для систем с малыми флуктуациями концентрации компонентов - теория среднего поля, для полимерных растворов - скейлинговые подходы. Например, в рамках теории среднего поля можно описывать глобулярное состояние макромолекулы (Рис. 3), в котором ее плотность почти постоянна, а занимаемый в пространстве объем достаточно велик.

 

Клубок Глобула

 

Развернутая макромолекула Сколлапсированная макромолекула

 

Рис. 3.

 

Основное направление наших исследований - изучение структурирования полимерных систем с использованием теоретических моделей для описания ван-дер-ваальсовых взаимодействий на уровне мономерных звеньев и отдельных химических групп. Исследования могут проводиться совместно с компьютерными экспериментами в сотрудничестве с лабораторией компьютерного моделирования полимерных систем (МГУ) и лабораторией компьютерных методов исследования сложных полимерных и биополимерных систем (ИНЭОС).

 

Научный руководитель: доцент, к.ф.-м.н. Говорун Елена Николаевна e-mail: govorun@polly.phys.msu.ru к. 2-70, тел. 8(495)9394013

 

Темы публикаций:

I. Структурирование полимерных систем в присутствии поверхностно-активных веществ

II. Структурирование макромолекул с составными (гидрофобно-полярными) мономерными звеньями

III. Гидрофобно-полярные полимерные глобулы (биомиметический подход)

IV. Структурирование в системах, содержащих блок-сополимеры

V. Структура заряженных дендримеров

VI. Диффузионные и реакционные процессы в полимерных системах

 

 

Аспиранты и студенты, работающие или работавшие в лаборатории

Ларин Даниил	- аспирант, защитил дипломную работу 'Структурирование привитого слоя макромолекул при взаимодействии с поверхностно активным веществом'
Филатов Дмитрий	- студент
Ушакова Александра	защитила кандидатскую диссертацию 'Теоретическое изучение роли амфифильности макромолекул и низкомолекулярных веществ в структурообразовании', ранее дипломную работу 'Глобулы амфифильных макромолекул с гидрофобно-полярными группами'
Антипов Анатолий	- защитил дипломную работу 'Дрейф броуновской частицы в периодически сужающейся трубке под действием периодически меняющейся со временем силы' (науч. руководство совместно с к.ф.-м.н. Махновским Ю.А.)
Маресов Георгий	- защитил дипломную работу 'Полиэлектролитные комплексы гелей с макроионами'
Фролов Евгений	- защитил дипломную работу 'Теоретическая модель процесса сушки пленки полиэтиленоксида'
Голубовский Дмитрий	- защитил дипломную работу 'Корреляции в моделируемых последовательностях глобулярных сополимеров: теоретическое исследование'

 

Публикации

I. Структурирование полимерных систем в присутствии поверхностно-активных веществ

 

1. Говорун Е.Н., Ларин Д.Е. 'Структурирование полимерной щетки в присутствии ПАВ: система нитей' // Высокомолек. соед. А. 2014. 56(6), c. 638-649.
E. N. Govorun and D. E. Larin, 'Self-Assembly of Polymer Brushes in the Presence of a Surfactant: A System of Strands' Polymer Science, Ser. A, 2014, 56(6), pp. 770-780.

2. Говорун Е. Н., Ушакова А. С., Хохлов А. Р. 'Микроструктурирование полимерной глобулы в растворе в присутствии амфифильного вещества' // Высокомолек. соед. А, 2012, 54(5), с. 775-786. http://elibrary.ru/item.asp?id=17727082

3. Govorun E.N., Ushakova A.S., Khokhlov A.R. 'Microphase separation in polymer solutions containing surfactants' // Eur. Phys. J. E, 2010, 032(3), pp. 229-242. DOI: 10.1140/epje/i2010-10639-6

4. Ушакова А.С., Говорун Е.Н., Хохлов А.Р. 'Макромолекулы в смеси плохого и амфифильного растворителей' // Высокомолек. соед. А, 2008, 50(8), c. 1470-1482.
Ushakova A.S., Govorun E.N., Khokhlov A.R. 'Macromolecules in a Blend of Poor and Amphiphilic Solvents' // Polymer Science, Ser. A, 2008, 50(8), pp. 854-864.

II. Структурирование макромолекул с составными (гидрофобно-полярными) мономерными звеньями 1. Lazutin А.А., Govorun E.N., Vasilevskaya V.V., Khokhlov A.R. 'New strategy to create ultra-thin surface layer of grafted macromolecules' // Submitted to J. Chem. Phys, 2015.

2. Ushakova A.S., Govorun E.N., Khokhlov A.R. 'Globules of amphiphilic macromolecules' // J. Phys. Cond. Mat. 2006, 18(3), pp. 915-930.

 

III. Гидрофобно-полярные полимерные глобулы (биомиметический подход)

1. A.V. Chertovich, E.N. Govorun, V.A. Ivanov, P.G. Khalatur, A.R. Khokhlov
'Conformation-dependent sequence design: evolutionary approach' // Eur. Phys. J. E, 2004, 13, pp. 15-25.

2. Govorun E.N., Khokhlov A.R., Semenov A.N. 'Stability of dense hydrophobic-polar copolymer globules: Regular, random and designed sequences' // Eur. Phys. J. E, 2003, 12(2), pp. 255-264.

3. Govorun E.N., Ivanov V.A., Khokhlov A.R., Khalatur P.G., Borovinsky A.L.,
Grosberg A.Yu. 'Primary sequences of proteinlike copolymers: Levy-flight-type long-range correlations' // Physical Review E, 2001, 64, R40903.

4. Khokhlov A.R., Grosberg A., Khalatur P.G., Ivanov V.A., Govorun E.N., Chertovich A.V., Lazutin A.A. 'Conformation-dependent sequence design of protein-like AB-copolymers' // In Protein Folding, Evolution and Design. Italian Physical Society. Proceedings of the International school of physics "Enrico Fermi". Course CXLV. Publisher IOS PRESS, Amsterdam, 2001, 313-330.

 

IV. Структурирование в системах, содержащих блок-сополимеры

 

1. Govorun E.N., Gavrilov A.A., Chertovich A.V. 'Multiblock copolymers prepared by patterned modification: Analytical theory and computer simulations' // Submitted to J. Chem. Phys, 2015.

2. Erukhimovich I.Ya., Belousov M.V., Govorun E.N., Abetz V., Tamm M.V. 'Non-Centrosymmetric Lamellar Structures in the Associating Blends of Tri- and Diblock Copolymers' // Macromolecules, 2010, 43(7), pp. 3465-3478. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma9023735

3. Kudryavtsev Y.V., Govorun E.N., Litmanovich A.D., Fischer H.R. 'Polymer Melt Intercalation in Clay Modified by Diblock Copolymers' // Macromol. Theory Simul., 2004, 13(5), p. 392-399.

4. Govorun E.N., Erukhimovich I.Ya. 'Emulsion stabilization by diblock copolymers: droplet curvature effect' // Langmuir, 1999, 15(24), pp. 8392-8398.

5. Govorun E.N., Litmanovich A.D. 'Stabilization of a Disperse Homopolymer Blend by Diblock Copolymers: the Effect of Macromolecular Length' // Polymer Science: Ser. A, 1999, 41(11), pp. 1111-1120.
Говорун Е.Н., Литманович А.Д. 'Стабилизация эмульсии в смеси гомополимеров при добавлении ди-блоксополимера: влияние длин макромолекул' // Высокомолек. соед. А, 1999, 41(11), 1756-1767.

6. Erukhimovich I.Ya., Govorun E.N., Litmanovich A.D. 'Stabilization of polymer blend structure by diblock-copolymers' // Macromol. Theory Simul., 1998, 7(2), pp. 233-239.

 

V. Изучение структуры заряженных дендримеров

 

E.N. Govorun, K.B. Zeldovich, A.R. Khokhlov 'Structure of Charged Poly(propylene imine) Dendrimers: Theoretical Investigation' // Macromol. Theory Simul., 2003, 12(9), p. 705. DOI: 10.1002/mats.200350030

 

VI. Диффузионные и реакционные процессы в полимерных смесях

 

1. Govorun E.N., Kudryavtsev Ya.V. "Phase separation in a polymer blend in the course of interchain exchange reaction" // Polymer Science: Ser A, 2004, 46(5), pp. 553-564.
Говорун Е.Н., Кудрявцев Я.В. "Фазовое разделение в полимерной смеси в ходе реакции межцепного обмена" // Высокомолек. соед. А, 2004, 46(5), c. 882-895.

2.Кренцель Л.Б., Макарова В.В., Кудрявцев Я.В., Говорун Е.Н., Литманович А.Д., Маркова Г.Д., Васнев В.А., Куличихин В.Г. "Межцепной обмен и взаимодиффузия в смесях полиэтилентерефталата и полиэтиленнафталата' // Высокомолек. соед. А, 2009, 51(11), c. 1978-1986. http://elibrary.ru/item.asp?id=1298944
Krentsel L.B., Makarova V.V., Kudryavtsev Ya.V., Govorun E.N., Litmanovich A.D., Markova G.D., Vasnev V.A., Kulichikhin V.G. "Interchain exchange and interdiffusion in blends of poly(ethylene terephthalate) and poly(ethylene naphthalate)' // Polymer Science, Ser. A, 2009, 51(11-12), pp. 1241-1248.

3. Чертович А.В., Гусева Д.В., Говорун Е.Н., Кудрявцев Я.В., Литманович А.Д. 'Моделирование полимераналогичной реакции в смеси полимеров методом Монте-Карло' // Высокомолек. соед. А, 2009, 51(8), c. 1516-1524.
Chertovich A.V., Guseva D.V., Govorun E.N., Kudryavtsev Ya.V., Litmanovich A.D. "Monte Carlo Simulation of the Polymer-Analogous Reaction in Polymer Blend" // Polymer Science, Ser. A, 2009, 51(8), pp. 957-964.

4. Kudryavtsev Y.V., Govorun E.N. 'Diffusion-induced growth of compositional heterogeneity in polymer blends containing random copolymers' // Eur. Phys. J. E, 2006, 21(3), pp. 263-276. DOI 10.1140/epje/i2006-10067-3

5. Litmanovich A.D., Plate N.A., Kudryavtsev Ya.V., Govorun E.N. "Macromolecular Reaction in Polymer Blends: Interchain Effects" // Comptes rendus Chimie, Academie des Sciences, Paris 2006, 9(11-12), 1345-1350.

6. Kudryavtsev Ya.V., Govorun E.N. "End-group interchain exchange reaction in polymer blends: evolution of the block weight distribution" //
e-Polymers, 2003, no. 063.

7. Kudryavtsev Ya.V., Govorun E.N. "Direct interchain exchange reaction in a polymer blend: evolution of the block weight distribution" //
e-Polymers, 2002, no. 033.

8. Plate N.A., Litmanovich A.D., Kudryavtsev Ya.V., Govorun E.N. "Interplay of chemical and physical factors in reacting polymer blends. Theoretical considerations" // Macromol. Symp., 2003, 191, pp. 11-20.

9. Kudryavtsev Ya.V., Govorun E.N., Litmanovich A.D. 'A New Approach to the Description of a Polymer-Analogous Reaction and Interdiffusion in a Blend of Compartible Polymers' // Polymer Science: Ser. A., 2001, 43(11), pp. 1085-1089.
Кудрявцев Я.В., Говорун Е.Н., Литманович А.Д."Новые подходы к описанию полимераналогичной реакции и взаимодиффузии в смеси совместимых полимеров" // Высокомолек. соед. А, 2001, 43(11), 1893-1898.

10. Kudryavtsev Ya.V., Govorun E.N., Litmanovich A.D. 'Phase Separation in Polymer Blends: Growth of a Single Particle' // Polymer Science: Ser. A, 2000, 42(4), pp. 412-416.
Кудрявцев Я.В., Говорун Е.Н., Литманович А.Д. "Фазовое разделение в полимерной смеси: рост одной частицы" // Высокомолек. соед. А, 2000, 42(4), 635-640.

11. Platé N.A., Litmanovich A.D., Yashin V.V., Kudryavtsev Ya.V., Govorun E.N. "Modern problems of the theory of macromolecular reactions in polymer blends" // Macromol. Symp., 1997, 118, pp. 347-362.

12. Yashin V., Kudryavtsev Ya., Govorun E., Litmanovich A. "Macromolecular reaction and interdiffusion in compatible polymer blend" // Macromol. Theory Simul., 1997, 6(1), pp. 247-269.