ИСТИНА

Создание и исследование разнообразных полимерных систем с новыми функциональными свойствами. Теоретические методы для исследования процесса самоорганизации в полимерных системах, вычисление свободной энергии системы, различные теоретические подходы для описания фазового поведения полимеров, построение фазовых диаграмм, компьютерное моделирование, методика мультимасштабного моделирования, методики получения и синтеза разнообразных полимерных систем, метод атомно-силовой микроскопии, методики изучения структуры поверхности и локальных свойств полимерных материалов и биополимеров, метод динамического светорассеяния, спектроскопия полимеров, реология.

Creation and research of various polymer systems with new functional properties. Theoretical methods for studying the self-organization process in polymer systems, calculating the free energy of the system, various theoretical approaches for describing the phase behavior of polymers, building phase diagrams, computer modeling, multiscale modeling techniques, methods for producing and synthesizing various polymer systems, atomic force microscopy, techniques studying the surface structure and local properties of polymeric materials and biopolymers, dynamic light scattering method, spec polymer troscopy, rheology.

Получение двойных коллоидных сеток на основе нанопластин глины и червеобразных мицелл ПАВ и исследование условий образования гелей с пределом текучести и вязкоупругих жидкостей. Планируемые методы исследования: реометрия, термогравиметрия, криогенная просвечивающая электронная микроскопия. Также планируется исследование гелей, пригодных для 3Д печати, на основе природных компонентов: нанотрубок галлуазита и полисахарида альгината. Планируемые методы исследования: реометрия, ИК-спектроскопия, динамическое светорассеяния. Выяснении молекулярных причин влияния динамических сшивок на механические свойства и коллапс гидрогелей. В частности, методом 11В ЯМР будет исследовано, какая доля борат-ионов образует моно- и дидиольные комплексы при увеличении полной концентрации борат-ионов, и будет предпринята попытка прямого подтверждения гипотезы об уменьшении доли дидиольных и увеличении доли монодиольных комплексов. Тем же методом будет исследовано изменение количества динамических сшивок борат-ионами при коллапсе полимерных гелей. Изучение свойств полимерных микрогелей с гидрофобным ядром из поли(2,2,2-трифлуороэтил метакрилата) (ПТФМА) и гидрофильной оболочки из блок-сополимера N-изопропилакриламида и акриловой кислоты (ПНИПА-ПАК). Благодаря структуре гидрофобное ядро-гидрофильная оболочка, такие микрогели в водных растворах будут агрегировать. В процессе варьирования плотности оболочки микрогелей и степени ее заряженности предполагается получить агрегаты нескольких форм, в том числе цилиндрической. Полуразбавленные растворы цилиндрических агрегатов из микрогелей, по аналогии с полуразбавленными растворами полимеров, будут обладать повышенными вязкоупругими свойствами. Согласно литературе, добавление масла в полуразбавленный раствор микрогелей ПТФМА-ПНИПА-ПАК будет приводить к образованию капель микроэмульсии, стабилизированных микрогелями, и падению вязкоупругости. Способность образовывать цилиндрические агрегатов и их чувствительность к углеводороду делают микрогели ПТФМА-ПНИПА-ПАК перспективными для применения в жидкостях для гидроразрыва нефтеносного пласта в нефтедобыче. Микрогели планируется исследовать методами оптической и флуоресцентной микроскопии и динамического рассеяния видимого света. Механические свойства полуразбавленных растворов микрогелей с различными концентрациями углеводорода планируется изучить реологическим методом. Изучение восприимчивых микрогелей (термо- и pH-чувствительных), в том числе со структурой взаимопроникающих сеток (ВПС), и макроматериалов на их основе. В частности, будут проведены исследования поверхностно-активных свойств микрогелей на межфазных границах вода-воздух, вода-масло. Будет проведен синтез микрогелей методом полимеризации с обратимой передачей цепи. Будут продолжены исследования абсорбционных свойств макроматериалов на примере модельных соединений и лекарственных веществ. Исследование закономерности модификации лекарственных препаратов в средах, содержащих СО2 под высоким давлением, а также их импрегнации в биополимерные матрицы. Изучить процессы самоорганизации блок-сополимера плюроник в угольной кислоте, а также смеси хитозан-плюроник. Исследовать закономерности очистки бактериальной целлюлозы от бактерий продуцентов с использованием сред, содержащих СО2 под высоким давлением. Исследовать закономерности стабилизации и восстановления наночастиц меди хитозаном и возможность создания композитов различных 3D морфологий. Проводение исследования влияния структуры макромолекул на электрохимические и оптические свойства, используя методы вольтамперометрии, спектроэлектрохимии, УФ, оптической и ИК-спектрометрии. Также планируется исследовать электрохимические и оптические свойства полимеров, содержащих несколько электроактивных фрагментов, сополимеров, содержащих донорные и акцепторные группы, проанализировать взаимовлияние последовательно протекающих редокс реакций, изучить абсорбционные свойства термочувствительных полимеров при варьировании условий реакции, изучить влияние ионогенных групп на обратимость сорбции. Проведение разработки метода деликатного сканирования объектов пониженной механической жесткости методом последовательного и контролируемого подвода зонда до точек поверхности исследуемого образца с помощью быстродействующей измерительной электронной системы на основе высокопроизводительного fpga-процессора. Метод будет применен для визуализации полимеров и биополимеров, а также бактериальных клеток и клеток высших организмов (эритроцитов, нейронов, раковых клеток и пр.). Будет проведено дальнейшее развитие методов сканирующей капиллярной микроскопии для решения задач визуализации, 3D-печати биомакромолекулами и низкомолекулярными веществами с использованием многоканальных капилляров, а также химической сенсорики с помощью химически модифицированных капилляров. Все полученные новые данные и результаты по зондовой микроскопии будут включены в лекционные курсы кафедры для студентов старших курсов и использованы при проведении практических занятий в ЦМИТ «Нанотехнологии». С целью возможного использования программного обеспечению (ПО) по обработке данных в зондовой микроскопии в учебном процессе в филиале МГУ в городе Шень-Чжень (КНР) будет проведена локализация ПО на китайский язык. Выполненить исследование формирования и физико-химических свойств волокон на основе фибриногена, полученных без использования специфических ферментов. Основными методами исследования будут атомно-силовая микроскопия, а также сканирующая электронная микроскопия и абсорбционная спектрофотометрия. Изучение свойств микрогелей методами компьютерного моделирования. Будет использоваться метод диссипативной динамики частиц, который позволит рассмотреть растворители в явном виде и микрогели на межфазных границах, а также метод броуновской динамики с неявным растворителем, который позволит исследовать свойства микрогелей в растворах. Будут изучаться свойства, связанные со взаимодействием микрогелей с поверхностно-активными веществами, а также будет продолжено изучение свойств микрогелей в двухкомпонентных растворителях. Наряду с микрогелями, будет изучаться самоорганизация гребнеобразных сополимеров в селективных растворителях. Результаты исследований лягут в основу кандидатской диссертации, а также будут использованы в лекционных курсах «Современные тенденции в физике «мягких» сред». Продолжить исследование в рамках теории среднего поля мицеллообразование в растворе диблок-сополимера с гидрофобным блоком и амфифильным блоком с гидрофобной основной цепью и полярными боковыми подвесками. На основе модели, использованной ранее для описания одиночных макромолекул такого сополимера, планируется рассчитать свободную энергию мицелл, их равновесные размеры и агрегационные числа для различных предполагаемых форм мицелл с гидрофобным ядром: сферической, ожерелья из бусин, дискообразной (плоского слоя), везикулы и цилиндрической. Определить реализуемые морфологии раствора при различных геометрических параметрах макромолекулы и энергиях парных взаимодействий групп путем выбора структуры с минимальной свободной энергией по исследуемому набору конформаций. Построить морфологические диаграммы раствора. Результаты исследований будут использованы в лекционном курсе «Биомиметические системы» для студентов магистратуры. В лаборатории новых интеллектуальных полимерных материалов планируется продолжить изучение различных физических свойств магнито-полимерных материалов (МПМ) экспериментальными и теоретическими методами. В экспериментальном плане основное внимание будет уделено получению магнитоактивных материалов на основе щеточных блок-сополимеров, способных к самоорганизации в мицеллярные структуры, а также изучению влияния анизометрии частиц магнитного наполнителя на различные физические свойства МПМ. В теоретическом плане планируется более детальное исследование образования и эволюции кластеров ферромагнитных частиц в вязкоупругой среде в присутствии внешних магнитных полей при помощи метода конечных элементов и метода конечных разностей. Предполагается увеличение числа взаимодействующих частиц в системе и рассмотрение различных дробных моделей среды. Также планируется рассмотрение системы ячеек, содержащих анизотропные включения, и исследование влияния магнитных свойств включений на поведение композитного материала. Кроме того, будут рассмотрены различные гиперупругие модели полимерной матрицы. Также планируется изучить конформационное поведение дипольных цепей в разбавленных растворах под влиянием растягивающей силы, агрегацию дипольных цепей под действием электрических полей, а также конформационное поведение микрогелей, содержащих в своем составе полярные группы. Планируется завершить анализ полученных результатов по моделированию карбосилановых дендримеров в плоских щелях и в расплавах различной структуры. На основе полученных данных предполагается составить упрощенную модель дендримера и промоделировать расплав квазичастиц со взаимодействием, имитирующим поведение молекул сложного строения. Результаты исследований свойств магнитоактивных эластомеров будут использованы при чтении курсов «Магнитореологические материалы: получение, свойства, применение» для студентов и «Основы механики и реологии полимеров» для аспирантов, результаты исследования конформационного поведения полиэлектолитных и дипольных цепей будут включены в программу курса «Полиэлектролиты в растворе и вблизи поверхности» для магистров 2 г.о и «Наноструктуры в ион-содержащих полимерных системах» для магистров 1 г.о. Результаты изучения сверхразветвленных полимеров, в частности, дендримеров будут использованы в курсе «Статистическая физика макромолекул» для магистров 1 г.о. Результаты исследований, проводимых в лаборатории новых интеллектуальных полимерных материалов, регулярно используются при обновлении программы спецкурсов «Новые направления развития физики полимеров и кристаллов» и «Современные физические методы исследования полимеров и кристаллов» для аспирантов. Проводить работы по разработке модели управляемого метода синтеза градиентных и более сложных сополимеров, в которой будет учтена постоянная подача в систему дополнительных мономеров непосредственно в ходе реакции, а также наличие в системе спящих цепей и реакций квадратичного обрыва. Планируется изучить влияния длины боковых цепей в ионном блоке на фазовое поведение диблок-сополимеров и коэффициент диффузии ионов с помощью методов компьютерного моделирования, исследовать влияния размера противоионов на поведение диблок-сополимеров с ионным блоком. В 2022 году планируется также построить фазовую диаграмму для самоупорядочения в ходе RAFT-сополимеризации градиентных сополимеров с учетом обрыва цепей и медленного инициирования и фазовые диаграммы для классического самоупорядочения в ходе полимеризации в растворе с помощью моделей ATRP и RAFT-полимеризации; сравнить полученные диаграммы для различных параметров реакции. Проведение исследования возможности синтеза микрогелей на границе несмешиваемых жидкостей методом компьютерного моделирования. Проведение расчетов структуры асферических жидкокристаллических капель с холестерическим ЖК. С помощью методов машинного обучения, квантово-химических расчетов (программные комплексы ПРИРОДА, SPARTAN-14S), молекулярная динамики (GROMACS) планируется провести теоретическое моделирование гидратации пертехнетат-иона ТсО4- и его соэкстракции с катионом уранила UO22+ в процессах переработки ОЯТ в ядерном топливном цикле (первая стадия ПУРЕКС-процесса) с использованием методов квантовой химии высокого уровня и молекулярной динамики.

Разработана модель для компьютерного моделирования структурирования магнитного наполнителя в тонком полимерном слое, описывающая изменение шероховатости поверхности слоя во внешнем магнитном поле. Экспериментально разработан метод создания мягких полимерных матриц за счет прививки боковых цепей к субцепям сетки для синтеза на их основе магнитоактивных эластомеров. Изучено влияние природы противоионов на конформационное поведение одиночных дипольных жесткоцепных макромолекул. Созданы новые нанокомпозитные мицеллярные матрицы, сшитые наночастицами глины. Исследовано влияние сопряжения основной цепи полидипиридиния на электрохромные свойства. Показана эффективность использования смесей под высоким давлением, содержащих диоксид углерода и пероксид водорода, в задачах экстракции и глубокой модификации по поверхности внутренних пор пористых матриц. Предложены новые методы сканирующей зондовой микроскопии для реализации магнитно-резонансной томографии и спектроскопии на уровне единичных макромолекул. Показано, что амфифильные микрогели со случайным распределением гидрофобных и гидрофильных групп могут эффективно поглощать и масло, и воду в пропорции равной пропорции гидрофобных и гидрофильных групп. Разработана реалистичная модель синтеза микрогелей, имитирующих радикальную осадительную полимеризацию, а также взаимопроникающих микрогелей на их основе. Разработана методика восстановления трехмерных конформаций хроматина по экспериментальным данным HiC для одиночных клеток.