Российские ученые смоделировали самособрку частиц из полимеров, форма которых напоминает пальмы. Ученых интересовало, как будет меняться результат сборки в зависимости от строения молекул и свойств растворителя. Результаты исследования позволят получать в реальном эксперименте полимерные частицы желаемой формы, которые впоследствии могут служить наноконтейнерами для эффективной адресной доставки лекарств или основой для создания новых пористых материалов. Статья опубликована в журнале Journal of Colloid and Interface Science.
Исследователи физфака МГУ смоделировали процесс самосборки полимерных структур, во время которого из сотен отдельных «звеньев», плавающих в растворе, самостоятельно собирается структура определенной формы. В результате могут получаться совершенно разные варианты: сферы, цилиндры и пузыри, поэтому предварительно ученые используют компьютерное моделирование для предсказания ее формы.
«Наш полимер состоял из отдельных “листьев” и “ствола” — полимерных цепей различного состава, сшитых химически в единую молекулу-пальму. Преимущество пальмовидных полимеров по сравнению с линейными цепями состоит в том, что получаемые из них частицы будут обладать гораздо более однородными размерами. В компьютерной модели мы рассматривали ансамбли из нескольких сотен и даже тысяч таких молекул с разными длинами листьев и стволов, чтобы узнать, как будет меняться конечная форма полимерных частиц. Компьютерное моделирование позволяет изучать сложные молекулярные системы на мезоскопическом уровне (на уровне десятков и сотен нанометров) без дорогостоящих и сложных измерений. Поэтому полимеры, состоящие из тысяч атомов, являются подходящими системами для вычислительных экспериментов», — рассказал руководитель исследования Игорь Потемкин.
Оказалось, что более разветвленные молекулы-пальмы с большей вероятностью собираются в частицы сферической формы. При этом характеристики частиц цилиндрической формы можно менять, изменяя одновременно длину стволов и листьев молекул. Возможность получения цилиндрических частиц интересна с точки зрения доставки лекарств, поскольку их движение в кровотоке должно быть направленным.
Важную роль в моделировании играет взаимодействие молекул с растворителем. У пальмовидных полимеров ствол гидрофильный, а листья гидрофобны. Это также определяет характеристики процесса самосборки, поэтому во время моделирования авторы исследовали и влияние разных растворов на получаемую форму частиц. Они выяснили, что при ухудшении взаимодействия между стволом и растворителем форма частиц может переходить как от сферических в цилиндрические, так и от цилиндрических в везикулы.
В дальнейшем ученые планируют проверить результаты моделирования в эксперименте, чтобы получить цилиндрические частицы и научиться изменять их размеры, меняя параметры исходных молекул-пальм. Веществами-кандидатами для проверки гипотезы могут стать разветвленные полимеры на основе полипептидов, которые благодаря своей биосовместимости отлично подойдут для создания лекарственных наноконтейнеров.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
