Співробітники фізфаку мгу передбачили, якої форми будуть виходити частинки з полімерів, архітектура яких нагадує пальми. Вчених цікавило, як буде змінюватися результат складання таких полімерів-пальм в залежності від будови молекул і властивостей середовища-розчинника. Дослідження допоможе отримувати полімерні частинки бажаної форми в реальному експерименті, які згодом можуть служити наноконтейнерами для ефективної адресної доставки ліків або основою для створення нових пористих матеріалів. Наукова робота опублікована в журналі journal of colloid and interface science (q1)

У роботі моделювався процес самозбірки полімерних структур. Це означає, що з сотень окремих «ланок» (молекул-пальм), спочатку плаваючих в розчині, самостійно збирається структура певної морфології (форми). В результаті можуть виходити абсолютно різні варіанти: сфери, циліндри, везикули («бульбашки»). І щоб отримана в експерименті форма частинок не стала сюрпризом, вчені використовують комп’ютерне моделювання для її передбачення.

“наш полімер складався з окремих” листя» і “стовбура” – полімерних ланцюгів різного складу, зшитих хімічно в єдину молекулу-пальму. Перевага пальмовидних полімерів в порівнянні з “звичайними” лінійними ланцюгами полягає в тому, що одержувані з них частинки будуть володіти набагато більш однорідними розмірами. У комп’ютерній моделі ми розглядали ансамблі з декількох сотень і навіть тисяч таких молекул з різними довжинами листя і стовбурів, щоб дізнатися, як буде змінюватися кінцева форма полімерних частинок. Комп’ютерне моделювання дозволяє вивчати складні молекулярні системи на мезоскопічному рівні (на рівні десятків і сотень нанометрів) без дорогих і складних вимірювань. Тому полімери, що складаються з тисяч атомів, є придатними системами для обчислювальних експериментів ” – розповів керівник наукової групи, професор кафедри фізики полімерів і кристалів ігор іванович потьомкін.

Вчені з’ясували, що з більш розгалужених молекул-пальм (полімерів з великим числом «листя») з більшою ймовірністю збираються частинки сферичної форми. У той же час, характеристики частинок циліндричної форми можна змінювати, змінюючи одночасно довжину стовбурів і листя молекул. Можливість отримання саме циліндричних частинок цікава з точки зору доставки ліків, оскільки їх рух в кровотоці має бути більш спрямованим в порівнянні зі сферичними частинками.

Важливу роль в моделюванні відіграє взаємодія молекул з розчинником, в якому вони «плавають». У пальмовидних полімерів стовбур прагне уникати контакту з розчинником, а листя, навпаки, інтенсивно з ним взаємодіють. Така поведінка називається амфіфільним і визначає характеристики процесу самозбірки. Тому в процесі моделювання було також досліджено вплив різних розчинів на одержувану форму частинок. Було встановлено, що при погіршенні взаємодії між стовбуром і розчинником форма частинок може переходити як від сферичних в циліндричних, так і від циліндричних в везикули.

Наступний крок дослідження – перевірка результатів моделювання в експерименті. Вченим цікаво отримати циліндричні частинки і навчитися змінювати їх розміри змінюючи параметри вихідних молекул-пальм. Речовинами-кандидатами для перевірки гіпотези можуть стати розгалужені полімери на основі поліпептидів (довгі ланцюги з амінокислот), які через свою біосумісності відмінно підійдуть для створення лікарських наноконтейнерів.