Kugle (polymerer)

En kugle er en tilstand (et sæt konformationer) af en polymerkæde, hvor fluktuationer i koncentrationen af ​​enheder er små: deres korrelationsradius er meget mindre end størrelsen af ​​et makromolekyle. Koncentrationen af ​​enheder i den kugleformede tilstand er meget højere end i polymerspolen , og denne koncentration er konstant gennem hele kuglens volumen, bortset fra et tyndt lag på overfladen (f.eks. polymer/opløsningsmiddel-grænsefladen), kaldet kuglens rand .

Spole-kugle overgang

Som regel, i en opløsning af en homopolymer , når opløsningsmidlets kvalitet forringes (normalt med et fald i temperaturen), gennemgår polymerkæden en spole -kugleovergang. Fysisk sker dette, fordi et dårligt opløsningsmiddel svarer til en attraktiv volumetrisk interaktion af links . Først lidt under θ-temperaturen (med en værdi af størrelsesordenen , hvor er polymerisationsgraden af ​​kæden, det vil sige antallet af led i den), kollapser spolen til en løs kugle tæt på størrelsen spole; med yderligere forringelse af opløsningsmidlets kvalitet bliver kuglen tæt. Spole-kugle-faseovergangen blev undersøgt fænomenologisk af P. J. Flory i 1949 [1] ; modifikationer af Flory-tilgangen foreslået af Ptitsyn og Eisner, Birshtein og Pryamitsyn (1986) bruges ofte. En meget mere stringent, men kompliceret metode blev foreslået i 1979 af I. M. Lifshitz , A. Yu. Grosberg og A. R. Khokhlov baseret på den tilgang, der repræsenterer den konformationelle entropi af kæden i form af en tæthedsfunktionel ( Lifshitz-formel ) [2] .

Et eksempel på en kugle ville være proteiner . De demonstrerer imidlertid kompleks adfærd under denaturering-renaturering: selvom nogle af de ovennævnte metoder blev udviklet netop i lyset af overgangen af ​​den native-denaturerede konformation i proteiner, viste de sig at være uanvendelige til et så komplekst objekt.

Opløselige kugler

Som regel er kuglens overfladespænding positiv, det vil sige, at kuglerne i opløsning aggregerer og udfælder. Dette er let at forklare: hvis vekselvirkningen mellem led med hinanden og med opløsningsmiddelmolekyler får dem til at tiltrække og danne en kugle inden for den samme kæde, så vil links fra forskellige kæder også tiltrække.

Nogle stoffer, såsom proteiner , er dog opløselige kugler. Proteiner har dog en ret kompleks struktur, som er vanskelig for kemisk syntese og svær at teoretisk analysere. Produktionen af ​​opløselige kugler kan være lovende både for at forklare egenskaberne af opløselige kugleformede biopolymerer og til praktiske anvendelser: til målrettet lægemiddellevering , skabelse af molekylære stilladser, i katalyse og i brændselsceller . Eksperimentelt opløselige kugler dannet af amfifile homopolymerer blev opnået (1990'erne) og bliver undersøgt af gruppen af ​​F. Winnik (Françoise Winnik) [3] . I computereksperimenter blev eksistensen af ​​opløselige kugler opdaget i begyndelsen af ​​2000'erne i gruppen af ​​V. Vasilevskaya. Teoretisk set blev denne adfærd forklaret noget senere af A. Semyonov et al.

Litteratur

• A. Yu. Grosberg, A. R. Khokhlov, statistisk fysik af makromolekyler . — M.: Nauka, 1989. ISBN 5-02-014055-4
• G. M. Bartenev, S. Ya. Frenkel, Fysik af polymerer . - L .: Chemistry, 1990. ISBN 5-7245-0554-1

Noter

1. ↑ Paul J. Flory, The Configuration of Real Polymer Chains , J. Chem. Phys. 17 , 303 (1949)
2. ↑ I. M. Lifshits, A. Yu. Grosberg, A. P. Khokhlov, Volume interactions in the statistical physics of a polymer macromolecule , UFN 127 (3) (1979)
3. ↑ Se for eksempel A. Laukkanen, L. Valtola, FM Winnik og H. Tenhu, Formation of Colloidally Stable Phase Separated Poly(N-vinylcaprolactam) in Water , Macromolecules 2004, 37 , 2268-2274