• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21.06.2023
НИУ ВШЭ
370

Физики создали модель коацервации полимеров

4.6

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.

Физики создали модель коацервации полимеров
Физики создали модель коацервации полимеров / ©Getty images / Автор: Sycophanta Duccius

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». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из крупнейших и самых востребованных вузов России. В университете учится 54 тысячи студентов и работает почти 4,5 тысячи учёных и преподавателей. НИУ ВШЭ ведёт фундаментальные и прикладные исследования в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также креативных индустрий. В университете действуют 47 центров превосходства, или международных лабораторий. Вышка объединяет ведущих мировых исследователей в области изучения мозга, нейротехнологий, биоинформатики и искусственного интеллекта. Университет входит в первую группу программы «Приоритет-2030» в направлении «Исследовательское лидерство». Кампусы НИУ ВШЭ расположены в четырех городах — Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в цифровом пространстве — «Вышка Онлайн».
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 14:04
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

Позавчера, 18:45
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

10 часов назад
Александр Березин

Глава подразделения NASA по системам исследования Луны объяснила ранее неизвестное публике условие для высадки людей на спутнике Земли в сентябре 2026 года. Скептики оценили это заявление как стремление Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США переложить ответственность за срыв сроков лунной высадки на кого-то еще.

Позавчера, 18:45
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

Вчера, 14:04
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

8 июня
Михаил Орлов

Переселение позвоночных из воды в наземно-воздушную среду жизни стало поворотным моментом в истории биосферы. Однако этот эволюционный скачок имел и серьезные побочные эффекты: он привел к потере способности восстанавливать потерянные части тела рептилиями, птицами и млекопитающими. В новой статье биологи рассмотрели генетические и эволюционные аспекты освоения суши и выяснили, что резкое ослабление регенерации стало своеобразной «расплатой» за адаптации животных к другой среде.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: