Введение к работе
Актуальность темы работы. В настоящее время большое внимание уделяется вопросам, связанным с описанием конформационных и динамических свойств макромолекул, взаимодействующих со стерически непроницаемыми частицами, например, мицеллами, - белками, коллоидными частицами малого размера, а также препятствиями, распределенными в объеме мелкопористых сред.
В течение длительного времени интенсивно исследуется адсорбция макромолекул на плоскости или на отдельной частице. Установлено, что длинная полимерная цепь с исключенным объемом не может быть связана как целое с- малой частицей. Принципиальное значение в- связи с этим приобретает случай адсорбции ' на совокупности частиц. Однако до сих пор не.была разработана теория формирования подобных комплексов. Ке был рассмотрен и вопрос о возможности диспропорционирования при комплексообразовании.
Значительный интерес вызывают также свойства полимерных цепей в случайной решетке непроницаемых препятствий (частиц). К настоящему моменту хорошо изучены характеристики идеальных полимерных цепей в решетках, в которых взаимодействие звеньев с частицами сводится к чисто стерическому отталкиванию. В то же время остаются недостаточно исследованными свойства цепей с исключенным объемом в среде стерически непроницаемых препятствий, создающих вокруг себя отталкивающий потенциал.
В связи с этим тема настоящей диссертации, .которая предполагает- теоретический анализ образования комплексов "полимерная цепь - частицы", а также изучение сеойств макромолекул в случайной решетке препятствий, создающих вокруг себя отталкивающий потенциал, представляется весьма актуальной.
Цель настоящей работы состоит в том, чтобы_ разработать скейлинговую теорию адсорбции полимерных цепей с исключенным объемом на стерически'непроницаемых подвижных и зафиксированных в
пространстве частицах, рассмотреть.условия, при которых возникав; эффект диспропорционирования, а также исследовать конформационные и динамические характеристики макромолекул в среде неподвижны; непроницаемых препятствий (частиц)і создающих вокруг себ5 отталкивающий потенциал.
Научная новизна данной работы определяется тем, что в не! впервые предложена скейлинговая теория адсорбции длинны] полимерных цепей с объемными взаимодействиями на подвшшх і зафиксированных в пространстве стерически непроницаемых частицах. В частности, показано, что полимерная цепь в составе комплекса, образованного с неподвижными частицами, оказывается сильне растянутой, по.этому ее среднеквадратичные размеры существенно превышают размеры свободного клубка. При комплексообразовании < подвижными частицами, напротив, цепь не испытывает растяжения, і ее размеры практически не изменяются по сравнению с размерам: свободной цепи.'Образование комплекса в обоих случаях происходив как фазовый переход первого рода. Для случая избытка полимерны: цепей проанализирована возможность диспропорционирования прі комплексообразовании. Показано,, .что для возникновения этогс эффекта достаточно учесть -взаимодействие между частицами в состав; комплекса.
С помощью машинного моделирования изучены свойства каї идеальных цепей, так и цепей, с исключенным объемом в. среде случайно- расположенных стерически непроницаемых препятствий создающих отталкивающий потенциал. Установлено, чт< среднеквадратичные размеры макромолекулы значительно сокращаются по сравнению с размерами свободной цепи. Показано, что полимерная цепь при движении в данной среде вынуждена преодолеваті энтропийные барьеры между локальными минимумами свободной энергии в результате чего ее динамика приобретает скачкообразный характер Сделан вывод, что динамика цепи в случайной среде препятствй оказывается существенно замедленной по сравнению с той, 'которая
характерна для регулярной решетки препятствий.
Практическая ценность__оасоїн обусловлена тем, что ее
результаты могут быть непосредственно применены к описанию конкретных полимерных систем. Вывода данной работы позволяют дать объяснение некоторым известным экспериментальным данным. Результаты машинного моделирования полимерной цепи в случайной решетке препятствий важны для рассмотрения транспорта макромолекул через клеточные мембраны, жесткие гели. Образувдяеся в результате адсорбции комплексы "полимерная цепь - частицы" представляют значительный интерес в качестве простейших моделей поликомплексов биологического происхождения, таких . как нуклеопротеиновые, гликопротеиновые и т.д. Предложенная теория адсорбции может служить основой количественного описания адсорбционной хроматографии, использована для стабилизации эмульсий и суспензий поверхностно-активными веществами.
Структура и объем работы. 'Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 6Q наименований. Диссертация содержит S/& страниц машинописного текста, включая /Z рисунков, оглавление и список цитируемой литературы.
'Публикации. По теме диссертации 'опубликовано 3 печатных работы и еще одна находится в печати.
4щюбация^дасъты. Основные результаты диссертации были доложены на совещании "Проблемы теории полимеров" (Черноголовка, 1989 год), ' международной школе-семинаре "Современные проблемы физической химии макромолекул" (Пушино, 1991 год), Общемосковском теоретическом семинаре по физике полимеров (1990 год), а также на семинаре по статистической механике в Институте технологии' и физических наук Университета штата Мериленд (США) (1987 год).
