Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 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.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
Немецкие и нидерландские археологи выяснили, что 125 тысяч лет назад неандертальцы целенаправленно ловили и разделывали европейских болотных черепах. Это первое свидетельство того, что северные популяции древних людей охотились на рептилий. Остатки черепах нашли в тех же слоях, где неандертальцы массово убивали гигантских слонов. Значит, черепах ловили не из-за голода. Вероятно, на них охотились дети ради панцирей, которые использовали для изготовления посуды.
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.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
После глобальных прорывов прошлого столетия космонавтика неспешно продолжает свое эволюционное развитие. Ученые и инженеры уже несколько десятилетий бьются за каждый килограмм полезной нагрузки, работая над созданием деталей для ракет и спутников из легких и прочных материалов. По словам генерального директора госкорпорации «Роскосмос» Дмитрия Баканова, за последние пять лет в отечественной космонавтике появилось около 30 новых сплавов и композитов, которые сокращают массу изделий. Однако для новых революционных прорывов в отрасли ограничения материалов по-прежнему остаются одним из фундаментальных барьеров, который ученые пока не могут преодолеть без серьезных компромиссов. Ко Дню космонавтики доктор технических наук, профессор кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС Игорь Блинков рассказывает о перспективных материалах для космоса.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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