• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Исследователи разработали микроскопическую теорию полимерного геля

Исследователи разработали микроскопическую теорию полимерного геля

© iStock

Российские ученые предложили теорию фазовых превращений в полимерных гелях. Она объясняет механизмы резкого уменьшения объема цвиттерионных гидрогелей при их охлаждении. Результаты опубликованы в журнале Chemical Communications (ChemComm). 

Полимерные гели обладают необычными свойствами, в том числе они поглощают воду в объеме, превышающем их собственный в сотни раз. Например, некоторые гидрогели способны удерживать до двух килограмм воды на один грамм сухого геля.  Изменив температуру или добавив растворители, можно получить определенные свойства, которые нужны. Поэтому полимерные гели используются в промышленности и биомедицине, в том числе для адресной доставки лекарств, создания искусственной кожи, детских игрушек и др. 

Если взять гель с большой объемной долей растворителя и понижать температуру, то при достижении некоторой предельной температуры произойдет резкое уменьшение объема геля и выдавливание большого количества жидкости из его объема – коллапс (сжатие). 

Впервые теория коллапса геля была предложена американскими физико-химиками Полом Флори и Джоном Ренером младшим в 1943 году и впоследствии развита японским ученым Тсуёши Танакой. Недостаток классической теории в том, что она не учитывала особенности молекулярной структуры звеньев полимера. Новую теорию предложила команда российских ученых в составе профессора МИЭМ НИУ ВШЭ Юрия Будкова, аспиранта ИХР РАН Николая Каликина и научного сотрудника Института неклассической химии в Лейпциге Андрея Колесникова. Исследователи разработали микроскопическую теорию полимерного геля, на каждом звене которого расположен электрический диполь – два равных по величине, но противоположные по знаку электрические заряды. 

Такая молекулярная структура чаще всего встречается в цвиттерионных полимерах, звенья которых несут одновременно положительно и отрицательно заряженные ионные группы. 

Авторы показали, что при достаточно низких температурах именно электростатические взаимодействия звеньев полимера приводят к коллапсу геля. А также назвали основные параметры, влияющие на температуру перехода из расширенного в сжатое состояние: величина дипольного момента (произведение заряда на длину диполя) и отношение длины связи между соседними звеньями полимерной цепи к длине диполя. 

Последний результат является существенным продвижением в теории гелей по сравнению с классической теорией Флори-Ренера-Танаки, не учитывающей особенности молекулярной структуры звеньев полимера.

«На практике мы не можем управлять молекулярными свойствами звеньев полимеров, но благодаря нашей теории химики смогут заранее создавать полимеры с подходящими свойствами и управлять температурой коллапса», – комментирует Юрий Будков, профессор МИЭМ ВШЭ.

Ученые отмечают, что сделанные теоретические оценки будут полезны в современных приложениях цвиттерионных гелей, таких как суперабсорбенты, молекулярные нанореакторы, антибактериальные покрытия, электропроводящие мембраны для химических источников тока, искусственная кожа, искусственные мышцы и другие. 

Редколлегия ChemComm ежегодно отбирает короткий список молодых исследователей со всего мира, работающих в различных областях химии, и приглашает их для публикации в специальном номере Emerging Investigators. В этом году Юрий Будков оказался в числе приглашенных молодых ученых по направлению «Теоретическая и физическая химия».

Вам также может быть интересно:

ВШЭ и ДВФУ вместе изучают механизмы устойчивости опухолевых клеток к терапии

Ученые рассчитывают повысить эффективность лечения онкологических заболеваний и создать подходы персонализированной терапии рака для практической медицины. Исследования стали частью проекта «Зеркальные лаборатории», который ВШЭ реализует совместно с другими российскими вузами.

Ученые ВШЭ изучили речевые навыки русскоязычных детей с РАС

Команда исследователей из Центра языка и мозга НИУ ВШЭ впервые описала особенности речевого развития русскоязычных детей с расстройствами аутистического спектра (РАС) на всех лингвистических уровнях (фонология, лексика, морфосинтаксис и дискурс) при помощи теста, который учитывает значимые психолингвистические параметры русского языка. Исследование опубликовано в Journal of Autism and Developmental Disorders.

Карта приоритета внимания объясняет удивительные явления зрительного поиска

Ученые из НИУ ВШЭ и Гарварда обнаружили, что на скорость поиска элемента с уникальным сочетанием признаков никак не влияет легкость группировки этих элементов по признакам. Такие результаты предсказывают теории параллельного управления вниманием. Исследование опубликовано в журнале Journal of Vision.

«Нам удалось создать в Москве еще один центр математической жизни»

В Год науки и технологий мы продолжаем серию публикаций о международных лабораториях ВШЭ, которые возглавляют ученые мирового уровня. Первая из них – лаборатория алгебраической геометрии и ее приложений – была создана в октябре 2010 года. О ее истории, научных результатах и работе в современных условиях рассказывает заведующий лабораторией Дмитрий Каледин.

Ученые оценили эффективность борьбы с лесными пожарами в регионах России

В апреле на всей территории России официально наступил сезон повышенной пожароопасности, превентивные меры на днях обсуждали в МЧС и на совещании с участием президента РФ. Регионы уже начали принимать меры для предотвращения лесных пожаров. Сотрудники факультета экономических наук ВШЭ предложили математическую модель, с помощью которой можно оценивать их эффективность. Используя этот алгоритм, ученые сравнили регионы России с точки зрения успешности их противопожарной деятельности. Подробности работы опубликованы в сборнике Dynamics of Disasters: Impact, Risk, Resilience, and Solutions.

Ученые НИУ ВШЭ получили 13 грантов Российского научного фонда

Российский научный фонд подвел итоги конкурсов 2021 года. Среди победителей которых – представители Высшей школы экономики. Им присуждены гранты от 11,78 до 18 млн рублей на два и три года. Об одном из проектов ВШЭ, получившим грант РНФ, новостной службе портала рассказал его руководитель, профессор Департамента прикладной математики МИЭМ Юрий Будков.

Два сотрудника НИУ ВШЭ вошли в список победителей Research Excellence Award Russia-2021

Престижную премию с 2005 года вручает компания Elsevier (оператор Scopus). В этом году она приурочена к Году науки и технологий в России. 30 марта Elsevier наградила ученых, вошедших в списки победителей. Среди них научный сотрудник Института статистических исследований и экономики знаний Максим Коцемир и профессор факультета компьютерных наук Дмитрий Ветров.

Магнитные импульсы помогли создать карты активности мышц для диагностики двигательных нарушений

Российским ученым с помощью магнитной стимуляции головного мозга удалось точно отследить межмышечные взаимодействия карт разных мышц руки. В перспективе это позволит отслеживать изменения в головном мозге у пациентов с двигательными нарушениями. Исследование опубликовано в журнале Human brain mapping. Работа поддержана Президентской программой Российского научного фонда (РНФ).

Между Питером и Москвой: сотрудники международной лаборатории создали новую научную школу

В России 2021 год был объявлен Годом науки и технологий. В НИУ ВШЭ развитию науки всегда уделялось особое внимание, и важную роль в становлении университета как мирового исследовательского центра сыграли более 40 международных лабораторий. Одной из первых в 2010 году была организована Лаборатория сравнительных социальных исследований (ЛССИ), ее научным руководителем стал американский социолог и политолог Рональд Инглхарт. Редакция портала расспросила заведующего ЛССИ, профессора ВШЭ в Санкт-Петербурге Эдуарда Понарина о том, как работала лаборатория в прошедшее десятилетие.

Локдаун по расчету: предложен алгоритм, позволяющий рассчитать оптимальную строгость карантина

Во время пандемии коронавируса каждая страна старается сохранить жизни своих граждан и при этом не навредить экономике чрезмерными ограничениями. Математическую модель, с помощью которой можно рассчитать оптимальный уровень ограничений, представил на семинаре «Living with Covid-19: Optimal lockdown policies» Международной лаборатории макроэкономического анализа ВШЭ ее научный руководитель Убер Кемпф.