Фонд «Интеллект»
Фонд «Интеллект»
Наночастицы с привитым полимерным слоем могут формировать в растворе удивительные морфологические состояния, что находит применение в различных высокотехнологичных областях от материаловедения до медицины. В случае амфифильных гомополимеров, которые состоят из одинаковых мономерных звеньев, содержащих как сольвофобные так и сольвофильные группы, самоорганизация привитого полимерного слоя определяется множеством факторов, среди которых форма и размер наночастицы, плотность прививки и длина макромолекул, их архитектура и химический состав, а также взаимодействия между полимерными цепями и растворителем.
В работе Self-assembly of amphiphilic homopolymers grafted onto spherical nanoparticles: complete embedded minimal surfaces and a machine learning algorithm for their recognition было продемонстрировано, что в селективно плохом для боковых групп растворителе привитые к сферической наночастице амфифильные гомополимеры объединяются в бислои и формируют различные специфические морфологические структуры, вид которых обусловлен стремлением слоёв локально минимизировать свою площадь. Учеными впервые была предложена классификация возникающих структур в рамках строгих геометрических представлений и показано, что они относятся к одному классу минимальных поверхностей; были выделены диск, катеноид, геликоид, поверхности Эннепера и Косты.
«Поскольку визуальный анализ всех мгновенных снимков занял бы продолжительное время, для классификации структур был предложен метод на основе представления точек пришивки полимерных цепей в виде проекций сферических координат θ и φ на плоскость с применением методов машинного обучения. И именно такой подход позволил нам не упустить спонтанные переходы одной структуры в другую», – рассказывает один из авторов статьи, победитель конкурса публикаций 6-го потока MSU.AI, аспирант факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ, младший научный сотрудник лаборатории компьютерного моделирования макромолекул ИНЭОС РАН Дмитрий Митьковский.
Несмотря на то, что аналитические выражения для минимальных поверхностей и конформная инвариантность свободной поверхностной энергии Уиллмора при преобразованиях между ними были описаны в геометрической литературе, экспериментальная реализация данного типа упорядочения полимерных структур была выявлена впервые, и, поскольку различные типы минимальных поверхностей определены строго математически, их возможно использовать в рамках единой теории для классификации и выявления структурно-обусловленных свойств соответствующих полимерных систем.
«Наиболее важным результатом научного исследования может стать возможность применения разработанных архитектур для анализа других сложных микросегрегированных полимерных систем; ожидается, что результаты данной работы могут привести к разработке универсальных инструментов для анализа сложных морфологических состояний, открывая новые перспективы в материаловедении и смежных отраслях науки и промышленности», – отметила один из авторов, д.ф.-м.н., профессор кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ, заведующая лабораторией компьютерного моделирования макромолекул ИНЭОС РАН Валентина Владимировна Василевская.
