Globule (polymery)

Globule je stav (soubor konformací) polymerního řetězce , ve kterém jsou fluktuace v koncentraci jednotek malé: jejich korelační poloměr je mnohem menší než velikost makromolekuly. Koncentrace jednotek v globulárním stavu je mnohem vyšší než ve spirále polymeru a tato koncentrace je konstantní v celém objemu globule, s výjimkou tenké vrstvy na povrchu (například rozhraní polymer/rozpouštědlo), tzv. okraj globule .

Přechod cívka-globule

Zpravidla v roztoku homopolymeru při zhoršení kvality rozpouštědla (obvykle s poklesem teploty) dochází v polymerním řetězci k přechodu spirála -globule. Fyzicky se to děje proto, že špatné rozpouštědlo odpovídá atraktivní objemové interakci vazeb . Za prvé, mírně pod θ-teplotou (o hodnotu v řádu , kde je stupeň polymerace řetězce, tedy počet článků v něm), se cívka zhroutí do volné globule velikosti blízké cívka; s dalším zhoršováním kvality rozpouštědla globule zhustne. Fázový přechod cívka-globule fenomenologicky studoval P. J. Flory v roce 1949 [1] , často se používají modifikace Floryho přístupu navržené Ptitsynem a Eisnerem, Birshteinem a Pryamitsynem (1986). Mnohem přísnější, ale komplikovanější metodu navrhli v roce 1979 I. M. Lifshitz , A. Yu. Grosberg a A. R. Khokhlov na základě přístupu reprezentujícího konformační entropii řetězce ve formě funkcionálu hustoty ( Lifshitzův vzorec ) [2] .

Jedním příkladem globule by byly proteiny . Vykazují však komplexní chování během denaturace-renaturace: ačkoli některé z výše uvedených metod byly vyvinuty právě s ohledem na přechod nativní-denaturované konformace v proteinech, ukázalo se, že na takto komplexní objekt nejsou použitelné.

Rozpustné globule

Povrchové napětí globule je zpravidla kladné, to znamená, že globule v roztoku agregují a vysrážejí se. To lze snadno vysvětlit: pokud interakce vazeb mezi sebou a s molekulami rozpouštědla způsobí, že se přitahují a tvoří globuli v rámci stejného řetězce, pak se budou přitahovat i články z různých řetězců.

Některé látky, jako jsou proteiny , jsou však rozpustné globule. Proteiny však mají poměrně složitou strukturu, která je obtížná pro chemickou syntézu a obtížně teoreticky analyzovatelná. Výroba rozpustných globulí může být slibná jak pro vysvětlení vlastností rozpustných globulárních biopolymerů , tak pro praktické aplikace: pro cílenou dodávku léčiv , vytváření molekulárních skeletů, v katalýze a v palivových článcích . Byly získány experimentálně rozpustné globule tvořené amfifilními homopolymery (90. léta 20. století) a studuje je skupina F. Winnika (Françoise Winnik) [3] . V počítačových experimentech byla objevena existence rozpustných globulí na počátku 21. století ve skupině V. Vasilevské. Teoreticky toto chování vysvětlili poněkud později A. Semjonov et al.

Literatura

Poznámky

  1. ↑ Paul J. Flory, The Configuration of Real Polymer Chains , J. Chem. Phys. 17 , 303 (1949)
  2. ↑ I. M. Lifshits, A. Yu. Grosberg, A. P. Khokhlov, Objemové interakce ve statistické fyzice polymerní makromolekuly , UFN 127 (3) (1979)
  3. ↑ Viz například A. Laukkanen, L. Valtola, FM Winnik a H. Tenhu, Formation of Colloidally Stable Phase Separated Poly(N-vinylcaprolactam) in Water , Macromolecules 2004, 37 , 2268-2274.