|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Макромолекулы на подложке: нанесение из сверхкритического растворителя и реорганизация в парахНИР
- Руководитель НИР: Галлямов М.О.
- Участники НИР: Абрамчук С.С., Григорьев Т.Е., Грузд А.С., Коломыткин Д.О., Кондратенко М.С., Пигалёва М.А., Чащин И.С., Эльманович И.В., Ямщиков В.С.
- Подразделение: Кафедра физики полимеров и кристаллов
- Срок исполнения: 1 января 2010 г. - 31 декабря 2012 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 10-03-00886-а
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Индустрия наносистем и материалов
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.25.15 Структура и свойства природных и синтетических высокомолекулярных соединений
-
Ключевые слова:
металлополимерные комплексы, конформация, атмосфера паров, адсорбированные макромолекулы, самоорганизация на поверхности, стимулированная реорганизация, поверхность подложки, сверхкритический растворитель
-
Описание:
В рамках проекта будет изучена специфика организации макромолекул на подложке при нанесении из растворов в сверхкритических (ск) растворителях и последующей реорганизации в ходе экспозиции в контролируемой паровой атмосфере. В качестве основного инструмента исследований будут использованы методы микроскопии высокого разрешения (сканирующая силовая и просвечивающая электронная микроскопия), а в качестве сверхкритического растворителя -- ск СО2. Специальное внимание будет уделено особенностям конформационного состояния макромолекул, адсорбируемых на подложке из растворов в ск СО2. Ожидается, что повышенная флуктационность высокомобильной, но плотной среды -- ск флюида -- приведет к специфичным эффектам организации адсорбированных структур. Отсутствие эффектов связанных с поверхностным натяжением на стадии ухода сверхкритического растворителя приведет к сохранению конформации адсорбируемых полимерных цепей. Последующее контролируемое привнесение влияния данных эффектов при экспозиции подложки с адсорбированными макромолекулами в парах различных жидкостей позволит вызвать контролируемую реорганизацию и релаксацию полимерных цепей из адсорбционно зафиксированного конформационного состояния. Прямая визуализация данных процессов в режиме реального времени позволит получить новую информацию о характерных временах и последовательных стадиях релаксационных процессов для индивидуальных адсорбированных полимерных цепей. Полученные результаты будут важны для понимания фундаментальных вопросов стабильности ультратонких функциональных полимерных покрытий.
-
Основные результаты:
Хитозан и его производные являются перспективными материалами для покрытия поверхности устройств биомедицинского назначения, поскольку это улучшает их био- и гемо- совместимость. Покрытия, осажденные непосредственно из растворов в сверхкритическом диоксиде углерода, характеризуются особенно гладкой и однородной морфологией, что повышает их стабильность. Мы протестировали возможность получения хитозановых пленок путем прямого осаждения из растворов в этом флюиде. Для того, чтобы выявить преимущества предложенного подхода, мы смоделировали и изучили начальную стадию формирования хитозановых покрытий на примере системы-прототипа: осаждения первых одиночных макромолекул непосредственно из таких растворов на модельную ультрагладкую подложку слюды. Мы выполнили конформационный анализ осажденных хитозановых цепей на подложке. Визуализация с помощью сканирующей силовой микроскопии (ССМ) непосредственно показала, что первые макромолекулы осаждаются из таких растворов на подложку как сравнительно расправленные двумерные клубки. Более того, оказалось, что макромолекулы хитозана могут быть растворены и в воде, насыщенной СО2 под высоким давлением, т.е. в угольной кислоте, причем до существенно больших концентраций. После осаждения на поверхность слюды из таких растворов, полученные структуры были успешно визуализированы с помощью ССМ. Было обнаружено, что они адсорбируются как достаточно необычные вытянутые объекты со средней длиной около 70 нм. Мы связываем наблюдение таких конформаций со амфифильной природой хитозановых полужестких цепей в согласии с недавними теоретическими результатами. Регулярная геометрия таких вытянутых монодисперсных структур позволяет им демонстрировать элементы жидкокристаллического упорядочения. Далее, в цикле модельных экспериментов восприимчивые гребнеобразные макромолекулы претерпевали индуцированные парами циклы расправления и коллапса на ребристой поверхности титаната стронция с пилообразным рельефом. Трансформации макромолекул были отслежены с помощью сканирующего силового микроскопа в режиме реального времени. Набор SrTiO3 (305) поверхностей с различными периодами рельефа граней (13, 18, 28, 44 и 74 нм) был протестирован в качестве подложек для макромолекул, претерпевающих трансформации. Путем анализа зависимости фактора макромолекулярной асимметрии от характерного размера граней было обнаружено, что наиболее выраженное темплатирующее влияние подложки наблюдается, если период рельефа лежит в диапазоне 20-40 нм. Этот диапазон сопоставим с типичным латеральным размером адсорбированных гребнеобразных макромолекул, состоящих из основной цепи, окруженной плотной адсорбированной короной боковых цепей с шириной короны 30-40 нм.
- Добавил в систему: Галлямов Марат Олегович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2010 г.-31 декабря 2010 г. | Макромолекулы на подложке: нанесение из сверхкритического растворителя и реорганизация в парах |
| Результаты этапа: Изучены закономерности, определяющие растворимость хитозановых материалов в сверхкритическом (СК) СО2. Установлено, что возможность растворения полисахаридной цепи в этом флюиде определяется интенсивностью водородных связей в материале, подлежащем растворению. Предобработка, снижающая интенсивность межмолекулярного связывания за счет водородных связей, способствует увеличению растворимости полимера. При адсорбции на модельную подложку слюды макромолекулы хитозана с 85% степенью деацетилирования приобретают отчасти расправленную конформацию двумерных клубков. Макромолекулы с 50% степенью деацетилирования характеризуются при адсорбции большей компактностью, по-видимому, вследствие увеличенного количества взаимодействующих друг с другом остаточных ацетильных групп. При экспозиции в парах воды макромолекулы приобретают мобильность на подложке и способность к реорганизации. Для цепей хитозана с 50% степенью деацетилирования в процессе экспозиции в парах наблюдается выраженное изменение конформации адсорбированных цепей в направлении формирования компактных двумерных глобул. Такое поведение может объясняться возросшим в условиях присутствия соадсорбированной воды эффективным притяжением между гидрофобными ацетильными группами, присоединенными к половине всех мономерных звеньев цепи. | ||
| 2 | 1 января 2011 г.-31 декабря 2011 г. | Макромолекулы на подложке: нанесение из сверхкритического растворителя и реорганизация в парах |
| Результаты этапа: Детально проанализировано сегодняшнее место сканирующей силовой микроскопии (ССМ) применительно к исследованиям полимерных наноразмерных структур, включая уровень визуализации индивидуальных макромолекул, в ряду иных методов микроскопии высокого разрешения -- в первую очередь, в сопоставлении с современными возможностями методов электронной микроскопии (сканирующей и просвечивающей). Очерчен диапазон задач, которые предпочтительно решать именно с помощью ССМ. Особое внимание уделено динамическим наблюдениям индуцированных парами конформационных переходов макромолекул на подложке в режиме реального времени. Этот подход позволяет реализовать прямой контроль состояния адсорбированных макромолекул при помощи экспозиции в различных парах. Подробно обсуждаются движущие силы процесса индуцированной парами реорганизации. Обнаружено, что при индуцированном парами коллапсе одиночной адсорбированной гребнеобразной макромолекулы четко наблюдается процесс постепенной десорбции боковых звеньев, в полном соответствии с ранее сформулированными теоретическими моделями. Установлено, что хитозановые материалы могут быть растворены в сверхкритическом диоксиде углерода (СК СО2) в присутствии небольшого количества воды в качестве сорастворителя. Из таких растворов удается осаждать на подложку нанометровой толщины цепочечные структуры, организованные частично проагрегировавшими одиночными полимерными цепями в условиях выраженной меж- и внутри- молекулярной ассоциации. Однако, растворимость хитозановых материалов в таком слегка увлажненном СК СО2 остается столь же невысокой, сколь и в чистом (сухом) СК СО2. Поэтому на завершающем этапе работ мы детально исследуем успешно апробированный нами иной перспективный подход растворения хитозановых материалов в угольной кислоте (воде, насыщенной СО2 под высоким давлением). | ||
| 3 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Макромолекулы на подложке: нанесение из сверхкритического растворителя и реорганизация в парах |
| Результаты этапа: Хитозан и его производные являются перспективными материалами для покрытия поверхности устройств биомедицинского назначения, поскольку это улучшает их био- и гемо- совместимость. Покрытия, осажденные непосредственно из растворов в сверхкритическом диоксиде углерода, характеризуются особенно гладкой и однородной морфологией, что повышает их стабильность. Мы протестировали возможность получения хитозановых пленок путем прямого осаждения из растворов в этом флюиде. Для того, чтобы выявить преимущества предложенного подхода, мы смоделировали и изучили начальную стадию формирования хитозановых покрытий на примере системы-прототипа: осаждения первых одиночных макромолекул непосредственно из таких растворов на модельную ультрагладкую подложку слюды. Мы выполнили конформационный анализ осажденных хитозановых цепей на подложке. Визуализация с помощью сканирующей силовой микроскопии (ССМ) непосредственно показала, что первые макромолекулы осаждаются из таких растворов на подложку как сравнительно расправленные двумерные клубки. Более того, оказалось, что макромолекулы хитозана могут быть растворены и в воде, насыщенной СО2 под высоким давлением, т.е. в угольной кислоте, причем до существенно больших концентраций. После осаждения на поверхность слюды из таких растворов, полученные структуры были успешно визуализированы с помощью ССМ. Было обнаружено, что они адсорбируются как достаточно необычные вытянутые объекты со средней длиной около 70 нм. Мы связываем наблюдение таких конформаций со амфифильной природой хитозановых полужестких цепей в согласии с недавними теоретическими результатами. Регулярная геометрия таких вытянутых монодисперсных структур позволяет им демонстрировать элементы жидкокристаллического упорядочения. Далее, в цикле модельных экспериментов восприимчивые гребнеобразные макромолекулы претерпевали индуцированные парами циклы расправления и коллапса на ребристой поверхности титаната стронция с пилообразным рельефом. Трансформации макромолекул были отслежены с помощью сканирующего силового микроскопа в режиме реального времени. Набор SrTiO3 (305) поверхностей с различными периодами рельефа граней (13, 18, 28, 44 и 74 нм) был протестирован в качестве подложек для макромолекул, претерпевающих трансформации. Путем анализа зависимости фактора макромолекулярной асимметрии от характерного размера граней было обнаружено, что наиболее выраженное темплатирующее влияние подложки наблюдается, если период рельефа лежит в диапазоне 20-40 нм. Этот диапазон сопоставим с типичным латеральным размером адсорбированных гребнеобразных макромолекул, состоящих из основной цепи, окруженной плотной адсорбированной короной боковых цепей с шириной короны 30-40 нм. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".