Введение к работе
Актуальность темы. Одной из интенсивно разрабатываемых об-:астей физики жидких кристаллов и молекулярной биофизики в нас-оящее время является изучение свойств квазидвумерных пленок мембран), образуемых амфифилышш веществами на границе разде-а воздух - вода в виде мономолекулярного слоя или бислойных узырьков в водної! среде. Форма и усгойчивость таких структур в оде определяются балансом гидрофобных (ван-дер-ваальсовых) и идрофильных (электростатических) сил.
Хорошо установленным можно считать тот факт, что изотерми-ескяе механические деформации замкнутых многокомпонентных мем-ран могут приводить к разделению фаз аналогично доменообразо-анию при температурном переходе из жидкокристаллического (ЖК) эстояния в гель. Такой переход ЖК - гель представляет собой не-зотермический процесс типа фазового перехода (
В связи с широким практическим использованием замкнутых слойных мембран интересной и актуальной задачей является изу-ние фазовых превращений в замкнутых мембранах, где Ш имеет д отличий от плоского случая вследствие существенного влияния пласовского давления на температуру Ш. Такая проблема, в ча-ности, возникает при анализе ловреадащей роли охлаждения в не ФП для сферических мембран, проницаемых для воды и раство-нных веществ. Вследствие различных скоростей диффузии через
мембрану, скорости релаксации объема, ограниченного мембраной, и скорости охлаждения в замкнутой мембране развиваются механические напряжения, в свою очередь влияющие на ход ФП.
Такая проблема требует уже не равновесного, а кинетического описания, представленного в настоящей работе.
Цель таботы. Настоящая диссертационная работа посвящена изучению следующих вопросов:
-
Анализу равновесных характеристик замкнутых бислойных мембран с учетом их конечной геометрической кривизны, упругих I электрических свойств.
-
Изучению возможных изотермических ФП в одно- и двухком-понентных мембранах, вызванных различием в кривизне наружного і внутреннего ыонослоев.
-
Кинетическому анализу неизотермического ФП ЖК - гель ; сферических бислойных мембранах.
-
Феноменологическому описанию кинетики размеров и прони цаемостк бислойных сферических мембран при неизотермическом ФП ЖК - гель для произвольной скорости изменения температуры и на личин осмотического давления.
Научная новизна работы определяется результатами, входящи ми в основные положения, выносимые на зашиту:
-ї.-З.рамках теории Израэлашвили самоорганизации замкнутых мембран получено уравнение-состояния бислойной замкнутой мембр ны и 'соответствующее обобщенное уравнение~Лапласа-в_случае ода компонентного и двухкомпоненгного состава мембраны.
2. Рассмотрен изотермический фазовый переход в двухкомпо-нентнок мембране, сводящийся к согласованному скачкообразному изменению концентрации одной из компонент в обоих слоях при or ределенном критическом радиусе кривизны замкнутой мембраны.
Описан переход, вызванный деформацией поверхности мембраї с учетом молекулярных характеристик, электрических и механичес ких свойств мембраны.
3. Построена кинетическая модель слабонеравновесного ней: термического перехода из жидкокристаллической фазы в гель и ос ратно в замкнутых мембранах, проницаемых для вода. Учтено плю шіе натяжения мембраны на протекание такого перехода при прои:
вольной скорости изменения температуры и наличии осмотического давления.
Рассмотрена проблема потеря устойчивости сферической формы мембраны при нагреве в зоне неизотернического перехода голь -жидкий кристалл. Найдено критическое значение двумерного давления, соответствующего переходу из сферической форми в эллипсоидальную форму мембрана.
-
Проанализировали условия образования дефекта мембрани типа гидрофильной пори при охлазвдеши в зоне перехода жидкий кристалл - гель. Вичислена величина параметра порядка, при кото-рои возможно образование такого дефекта мембраны.
-
В рамках общей релаксационной теории стеклования амерм-яых тел исследованц условия возможности переиода типа стеклования з замкнутих бпелоішнх мембранах. Шіідена критическая скорость охлаждения, соответствующая началу такого перехода.
Рассмотрены причины появления гистерезиса в процессе перс-сода жидкий кристалл - гель при циклическом оглаяденпп-нагрезе замкнутих мембран.
Практическая и научная значимость работы. Кзломскнио а дис-:ертации результаты имеют теоретический характер и могут прпмс-іяться к рассмотрению механических релаксационных свойств квазп-даумерных гадких кристаллов, организованных в замкнутые мембрані, и кинетики ФП в них. Использованные в диссертации подходи 'станагшшаот связь мєзду молекулярними параметрами мембрана, е фазовым состоянием, образование;.: дефектов и массоперонсссм еществ через поверхность мембраны с ее геометрическими, упру-пми и электрическими характеристиками, поддаэдп.шея непссред-твеннону экспериментальному измерению.
Работа монет иметь такие практическое применение в области армаколоиш (где замкнутые мембрани - дппосомы - попользуется ак контейнеры для направленного транспорта лекарств к кдегкам-ишеням) и в области молекулярной биофизики п криобиологии, где акие липосоыы использует в качестве моделей клеток.
Достоверность работы. Обоснованность результатов диссертант определяется использованием сироко апробированных методов гаткстическоп физики, неравновесной термодинамики, физической
кинетики, теории упругости.' Некоторые из полученных результатоз з предельных случаях соответствуют ранее известным результатам правильность других подтверждается качественным совпадением с полученными другими авторами экспериментальными данными.
Апробация работы. По материалам н результатам диссертацші опубликовано 9 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Материалы диссертации были представлены и докладывались а 16 научно-технической конференции молодых исследователей ФТИНТ АН УССР (Харьков, 1985); 2 Всесоюзной конференции по криобиоло^ .гии (Харьков, 1985); 8 Международной конференции по поверхност ним силам (Москва, 1985); конференциях молодых исследователей ИПКиК АН УССР (Харьков, 1986-1988); Всесоюзной конференции по структурной динамике биомембран (Минск, 1988); 4 Международном Фрумкинском снг.шозиуме по биоэлектрохкыии (Москва-Суздаль, 1988
Объем и структура -работы. Диссертация состоит из введения четырех глав, заключения и списка литературы из 125 наименован Работа изложена на 140 страницах, включая 28 рисунков и I табл ОД'.