EN
24.10.2019

На кафедре физики полимеров и кристаллов разработана компьютерная модель формирования частицы микрогеля

Ученые физического факультета создали компьютерную модель, с помощью которой можно изучать внутреннюю структуру, свойства и синтез частиц микрогеля. Результаты работы позволяют расширить область применения таких материалов. Статья появилась в журнале Scientific Reports. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.

Микрогели — это частицы нанометрового размера, состоящие из сшитых между собой полимерных цепочек. Такие вещества используются в медицине, потому что они изменяют свои размеры при нагревании до температуры человеческого тела. Такие микрогели могут входить в состав лекарственных капсул направленного действия (доставка лекарства происходит в заданную область организма, ткани или клетки) или специальных пластырей для ускорения заживления ран. Хотя учеными разных стран ведутся разработки по использованию микрогелей в медицине, фармацевтике, косметологии и легкой промышленности, их широкое применение ограничено. Компьютерная разработка команды физиков МГУ позволяет решить эту проблему. 

Microgels-composite: готовая частица микрогеля и этапы ее роста

«Теперь мы можем точно знать, сколько времени надо проводить реакцию синтеза микрогелей, какие вещества предпочтительнее использовать, как контролировать рост частиц, чтобы потом получить качественный готовый продукт», — объясняет руководитель проекта Елена Кожунова, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник физического факультета МГУ.

Каждая молекула вещества (мономер) в процессе синтеза микрогеля образует структурное звено и может многократно соединяться с другими мономерами. Так происходит рост полимерных (то есть состоящих из мономеров) цепей, а из низкомолекулярного вещества формируется высокомолекулярное соединение, синтез которого получил название «полимеризация». Для микрогелей это достаточно долгий процесс. «Это сложные, плохо поддающиеся изучению водорастворимые системы, и делать выводы только по данным экспериментов непросто. Именно поэтому так важно создать компьютерную модель микрогелей, — пояснила Елена Кожунова, — это значительно упрощает работу». В зависимости от заданных параметров — растворителей, реактивов, концентрации исходных веществ — можно достаточно быстро получить результаты синтеза на мониторе.

Для создания модели была сформирована группа экспериментаторов и теоретиков, занимающихся компьютерным моделированием. Исследования велись параллельно, и в результате ученые-теоретики получили точную модель эксперимента, который проводили практики. Благодаря современным суперкомпьютерам (все расчеты выполнены на суперкомпьютере «Ломоносов-2») ученые впервые смогли достаточно подробно изучить и описать протекание всего процесса синтеза, итоговую структуру с точностью до связей между частицами. В специальных программах можно посмотреть на частицу микрогеля, проанализировать положения отдельных полимерных цепочек, предсказать необходимое время реакции в зависимости от заданных параметров.

С помощью новой компьютерной модели, как говорят ученые, можно регулировать процесс производства микрогелей в зависимости от нужных характеристик будущего продукта. А это, в свою очередь, открывает новые возможности применения микрогелей в различных отраслях науки и промышленности.

В разработке принимали участие ученые физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и Института химической физики имени Н.В. Семенова РАН.

Материал подготовлен в рамках проекта Наука-МГУ


Пресс-служба физического факультета МГУ