Физики создали модель коацервации полимеров
Коацервация — процесс, при котором полимер из раствора сгущается в маленькие нерастворимые капельки. Этот простой, но эффективный способ работы с полимерами широко распространен. Его применяют при производстве лекарств, соусов и даже жидкости для снятия макияжа. Физики МИЭМ ВШЭ создали теоретическую модель коацервации в растворах полибетаинов, предсказывающую, при каких условиях она пройдет успешно. Результаты позволят химикам эффективнее проводить синтез подходящих для коацервации полимеров.
Исследование опубликовано в журнале Soft Matter. Раствор полимера можно представить как смесь воды и вещества, которое может образовывать специальные плотные структуры. При изменении условий, например pH (уровень кислотности/щелочности среды) или температуры, раствору становится термодинамически невыгодно находиться в однородном состоянии, и он разделяется. Полимер внутри раствора сворачивается и формирует небольшие частицы, отдельные от раствора. В результате образуются две жидкие части: частицы, богатые веществом, и растворитель с практически нулевой концентрацией полимера. Частицы — коацерваты — остаются в среде в нерастворимом виде и напоминают медуз, плавающих в морской воде.
Коацерваты с нами очень давно: согласно теории Опарина — Холдейна, именно в коацерватных каплях зародилась первая жизнь на Земле. Сейчас областей применения коацерватов множество, они окружают нас повсеместно. В фармацевтике благодаря коацервации создают пленки, которые защищают активное вещество лекарства от окружающей среды и помогают ему высвободиться только на нужном этапе. Коацерваты используют в жидкостях для снятия макияжа, а также в лосьонах, кондиционерах и шампунях. В пищевой промышленности их применяют при производстве соусов и йогуртов: коацерваты образуются внутри продукта и помогают создать однородные стабильные смеси.
Команда исследователей МИЭМ ВШЭ разработала теоретическую модель, которая предсказывает наиболее подходящие параметры для коацервации полимеров — веществ, состоящих из многократно повторяющихся одинаковых структурных звеньев. Модель следует основным принципам физики макромолекул и учитывает, насколько полимерные цепочки длинные и с какой силой притягиваются друг к другу.
Исследователи построили модель коацервации молекул полибетаина. Это соединения с цвиттер-ионной структурой, при которой у звеньев полимерной цепи есть одновременно положительно и отрицательно заряженные центры. Полибетаины очень чувствительны к температуре при коацервации, поэтому, чтобы провести синтез эффективнее, размером и плотностью капель нужно управлять, меняя незначительно температуру в диапазоне 18–20 градусов.
В своей работе ученые рассмотрели растворы с различной концентрацией полибетаина и описали, какие температуры будут оптимальны. Дополнительно ученые рассчитали поверхностное натяжение коацервата — показатель того, насколько поверхность образовавшегося коацервата устойчива.
Капелька в растворе состоит из полимеров с большими дипольными моментами — произведением абсолютной величины зарядов ионных групп на их относительное расстояние. И если в раствор добавить другие полимеры с высокой полярностью или зарядом, то они будут притягиваться к капле за счет электростатических сил.
«Коацерват, как маленький магнит, притягивает к себе молекулы, которые сильно с ним взаимодействуют, и, как губка, впитывает их. Можно использовать эти капли как ловушки, захватывающие определенные типы белков и аминокислот. В частности, капельки полибетаинов могут отфильтровывать в растворе биополимеры — белки и аминокислоты», — поясняет автор статьи, профессор МИЭМ ВШЭ Юрий Будков.
Также эти данные можно использовать для более эффективного синтеза полимеров. Химики на основе модели смогут задать оптимальные расчетные значения молекулярных свойств полимеров и получить макромолекулы, наиболее подходящие для последующей коацервации. Важно, что теоретическая модель ученых уже подтверждается независимыми экспериментальными данными их коллег.
«Когда статья готовилась к публикации, мы нашли недавно опубликованное исследование, подтверждающее наши теоретические модели коацервации уже экспериментально. И результаты совпадают с нашими расчетными параметрами расстояния между заряженными центрами, размера мономерного звена и так далее, — поясняет научный сотрудник МИЭМ ВШЭ Петр Брандышев. — Оказалось, что наша теория предсказывает образование коацерватов именно в той области температур, которые наблюдаются в реальных водных растворах полибетаинов. Важно, что не только теория предсказывает сам эффект, но и наши расчеты подтверждаются экспериментально».
Telegram 
Дзен 
VK Ученые нашли убедительное свидетельство того, что Большое Магелланово Облако — одна из ближайших к нам галактик — впервые приближается к Млечному Пути. Это открытие меняет представления о будущем нашей Галактики — от орбит спутников до распределения окружающего газа.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Формирование и эволюция звездных систем кажутся понятными и предсказуемыми, а их строение строго подчиняется законам физики. Строение «крылатых» радиогалактик выбивается из общих правил. Их необычная форма не имеет однозначного объяснения и остается предметом споров для астрофизиков.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно