Исследователи НИУ ВШЭ разработали физико-математическую модель, которая позволяет предугадывать то, как протекает процесс сгущения различных полимеров из семейства полибетаинов для косметической и пищевой промышленности. Данные расчеты позволят химикам эффективнее подбирать свойства полимеров, применяемых при производстве так называемых коацерватов, малых нерастворимых капель этих соединений, сообщила пресс-служба НИУ ВШЭ.
Для производства коацерватов из многих полимеров, в том числе полибетаинов, необходимо поддерживать четко заданные температуры и другие условия среды, влияющие на размеры частиц, их плотность и другие свойства. Группа ученых под руководством профессора Московского института электроники и математики НИУ ВШЭ Юрия Будкова разработала теоретическую модель, которая позволяет подбирать эти параметры для получения коацерватов с четко заданными свойствами.
Теория самокоацервации в полуразбавленных и концентрированных растворах цвиттерионных полимеровФото: Soft Matter
Для ее разработки ученые детально просчитали то, как ведут себя растворы различных вариаций полибетаина при высоких и низких концентрациях полимера, а также изучили то, какие факторы, в том числе температура и характер взаимодействий одиночных звеньев полимера и других молекул, влияют на стабильность коацерватов. Это позволило им выделить ключевые физические механизмы, влияющие на процесс сгущения полимеров и образование коацерватов.
«Когда статья готовилась к публикации, мы нашли недавно опубликованное исследование, подтверждающее наши теоретические модели коацервации уже экспериментально. И результаты совпадают с нашими расчетными параметрами расстояния между заряженными центрами, размера мономерного звена и т.д. Оказалось, что наша теория предсказывает образование коацерватов именно в той области температур, которые наблюдаются в реальных водных растворах полибетаинов. Важно, что не только теория предсказывает сам эффект, но и наши расчеты подтверждаются экспериментально», — рассказал Петр Брандышев, научный сотрудник МИЭМ ВШЭ.
Разработанную учеными модель можно использовать для более эффективного синтеза полимеров. Химики на основе модели смогут задать оптимальные расчетные значения молекулярных свойств полимеров и получить макромолекулы, наиболее подходящие для последующей коацервации. Важно, что теоретическая модель ученых уже подтверждается независимыми экспериментальными данными их коллег.
Полимерные коацерваты применяются при производстве различных гигиенических и косметических продуктов, в том числе жидкостей для снятия макияжа, а также в лосьонах, кондиционерах и шампунях. Кроме того, их используют в пищевой промышленности, а также в других областях производства, где необходимо создавать однородные стабильные смеси из нескольких сложно устроенных компонентов.
Результаты этих расчетов недавно были подтверждены в ходе экспериментов, отмечают исследователи. Это позволяет использовать разработанный физиками подход для подбора оптимальных параметров сгущения полимеров и производства коацерватов, в том числе структур, способных фильтровать и захватывать определенные типы биомолекул, подытожили ученые. Исследование было опубликовано в журнале Soft Matter.