Современные проблемы химии
(курсы по выбору на русском языке)

Самоорганизация в полимерных системах и дизайн функциональных материалов

Лектор(ы): Академик РАН А.М. Музафаров, доцент, к.х.н.  А.А. Ефимова, нс к.х.н. Т.В. Панова

В данном курсе рассматриваются общие принципы самоорганизации, различные типы самоорганизующихся систем и процессы самоорганизации в полимерных системах.

Обсуждаются процессы самосборки, позволяющие создавать широкий спектр функциональных и стимул-чувствительных полимерных материалов, а также нанобиокомпозитов. Рассмотрены свойства отдельных компонентов многофункциональных полимерных систем: наночастиц, полимер-коллоидных и интерполиэлектролитных комплексов, мицелл блок-сополимеров, гидрогелей, тонких полимерных пленок и других объектов.

Рассматривается физико-химическое поведение систем на основе широкого круга ионогенных и неионогенных полимеров и многозарядных частиц различной химической природы. Обсуждаются вопросы использования уникальных свойств таких систем для создания новых функциональных материалов, которые находят широкое применение в фармакологии для доставки биоактивных веществ и создания антимикробных композиций, дизайна нанобиоаналитических и каталитических систем, изготовления электронных устройств и специальных покрытий, структурирования почв для борьбы с водной и ветровой эрозией и т.п.

Программа лекций

1. Общая классификация полимеров по строению основной цепи. Макромолекулы – частицы.  Принципы отнесения по группам - предпосылки к упорядочению. Переход макромолекула- частица, основные критерии.

2. Сверхразветвленные полимеры. Дендримеры, основные синтетические схемы. Самоорганизация в монослоях, на поверхности раздела вода-воздух, в блоке, реология расплавов. Сетка зацеплений.

3. Многолучевые звезды в координатах макромолекула – частица. Переход клубок –глобула по мере роста числа лучей. Энергия активации вязкого течения.

4. Наногели, методы синтеза. Зависимость температуры стеклования от молекулярной массы, гидродинамика растворов, Энергия активации вязкого течения. Обобщение по разделу макромолекулы- частицы.

5. Полимер-коллоидные и полимер-полимерные комплексы: реакции образования, строение, устойчивость. Свойства продуктов реакций. Нестехиометричные интерполиэлектролитные комплексы: получение и свойства. Возможности применения.

6. Полиэлектролитные гели, основные характеристики. Способы синтеза макро- и микро-гелей. Взаимодействие линейных полиэлектролитов с противоположно заряженными гидрогелями: механизм, получение многослойных композиций.

7. Взаимодействие катионных дендримеров с анионными линейными полиэлектролитами и гидрогелями: особенности, вызванные топологией дендримерной молекулы.

8. Принцип действия связующего на основе интерполиэлектролитных комплексов для структурирования дисперсных систем. Проблема эрозии почв и способы ее решения.

9. Основные требования к полимерным наногелям для доставки лекарственных средств в организм. Способы высвобождения загруженных в наногель соединений. Области применения гидрогелей.

10. Принципы создания функциональных материалов на основе полимерных нанокомпозитов (материалы для медицины, электроники и др.). Способы совмещения твердых наночастиц с полимерами. Нанобиоаналитические системы на основе полимеров. Биосенсоры: принцип работы, преимущества и недостатки.

11. Основные требования к полимерам биомедицинского назначения. Полимеры, используемые в качестве имплантатов. Факторы, влияющие на процессы биодеградации полимерных имплантатов. Клеточная и неклеточная биодеградация.

12. Биодеградируемые полимеры. Классификация. Полилактид, поликапролактон, полигликолевая кислота, хитозан: способы получения/модификации, свойства, области применения. Композиционные материалы на основе биодеградируемых полимеров, используемые в медицинской практике. Биоразлагаемые нанокомпозиты для реконструкции костных тканей. Раневые покрытия. Биодеградируемые полимеры для доставки лекарственных веществ.

13. Наноконтейнеры, используемые в нанофармакологии: липосомы, дендримеры, мицеллы блоксополимеров. Преимущества и недостатки, области применения. Наноконъюгаты для доставки биоактивных веществ на основе полимеров и липидных везикул. Стимул-чувствительные системы.

14. Бислойные липидные мембраны и их взаимодействие с линейными полимерами: состав и строение комплексов, целостность липидной мембраны, обратимость контакта полимер-липосома. Влияние фазового состояния липидной мембраны, геометрии липидов, природы и степени полимеризации полимера. Мультилипосомальные конструкции на основе биодеградируемых полимеров. Перспективы применения.