МОДЕЛЬ САМОСОГЛАСОВАННОГО ПОЛЯ ЩЕТОК ИЗ ПРИВИТЫХ КОРНЕВЫМ СЕГМЕНТОМ ДЕНДРОНОВ

Представлена аналитическая теория самосогласованного поля, описывающая плоские щетки, образованные регуляр-но разветвленными дендронами второго и третьего поколений. Развитый подход позволяет вычислить самосогласо ванный молекулярный потенциал, действующий на мономерные звенья привитых цепей. В режиме линейной эла-стичности для растянутых полимеров молекулярный потенциал имеет параболическую форму с коэффициентом, зависящим от архитектурных параметров привитых макромолекул – степеней полимеризации развязок, степени ветвления и числа поколений. Для дендронов второго поколения сформулировано общее уравнение для параметра k и проанализировано, как из-менения в архитектурных параметрах таких дендронов влияют на молекулярный потенциал. Для дендронов третьего поколения аналитическое выражение для параметра k получено только для симметричных макромолекул с одинако-выми длинами всех развязок и одинаковой степенью ветвления во всех поколениях. Исследовано, как толщина дендронной щетки в хорошем растворителе варьируется с изменением архитектуры цепи. Результаты развитой теории сопоставлены с предсказаниями скелинговой ящичной модели. Показано, что в пределе высокой степени ветвления результаты обоих подходов становятся согласованными, если величина показателя β в ящичной модели равна единице. В заключении коротко обсуждены системы, к которым применима развитая в работе теория. Они включают плоские и вогнутые сферические и цилиндрические дендронные щетки в растворителях разного качества (в том числе сухие,  расплавленные щетки) и щетки из заряженных (полиэлектролитных) дендронов. 

1. Guzey D., McClements D.J. Formation, stability and properties of multilayer emulsions for applications in the food industry // Advances in Colloid and Interface Science.2006. V. 128–130. P. 227–248. doi: 10.1016/j.cis.2006.11.021

2. Groschel A.H., Walther A., Lobling T.I., Schacher F.H., Schmalz H., Müller A.H.E. Guided hierarchical co-assembly of soft patchy nanoparticles // Nature. 2013. V. 503. N 7475.P. 247–251. doi: 10.1038/nature12610

3. Krishnamoorthy M., Hakobyan S., Ramstedt M., Gautrot J.E. Surface-initiated polymer brushes in the biomedical field: applications in membrane science, biosensing, cell culture, regenerative medicine and antibacterial coatings // Chemical Reviews. 2014. V. 114. N 21. P. 10976–11026. doi: 10.1021/cr500252u

4. Ayres N. Polymer brushes: applications in biomaterials and nanotechnology // Polymer Chemistry. 2010. V. 1. N 6. P. 769–777. doi: 10.1039/b9py00246d

5. Moro T., Takatori Y., Ishihara K., Konno T., Takigawa Y., Matsushita T., Chung U.-I.L., Nakamura K., Kawaguchi H. Surface grafting of artificial joints with a biocompatible polymer for preventing periprosthetic osteolysis // Nature Materials. 2004. V. 3. N 11. P. 829–836. doi:10.1038/nmat1233

6. Gillich T., Benetti E.M., Rakhmatullina E., Konradi R., Li W., Zhang A., Schlüter A.D., Textor M. Self-assembly of focal point oligo-catechol ethylene glycol dendrons on titanium oxide surfaces: adsorption kinetics, surface characterization, and nonfouling properties // Journal of American Chemical Society. 2011. V. 133. N 28. P. 10940–10950. doi: 10.1021/ja202760x

7. Vu B., Chen M., Crawford R.J., Ivanova E.P. Bacterial extracellular polysaccharides involved in biofilm formation // Molecules. 2009. V. 14. N 7. P. 2535–2554. doi: 10.3390/molecules14072535

8. Camesano T.A., Abu-Lail N.I. Heterogeneity in bacterial surface polysaccharides, probed on a single-molecule basis // Biomacromolecules. 2002. V. 3. N 4. P. 661–667. doi: 10.1021/bm015648y

9. Abu-Lail N.I., Camesano T.A. Role of ionic strength on the relationship of biopolymer conformation, DLVO contributions, and steric interactions to bioadhesion of Pseudomonas putida KT2442 // Biomacromolecules. 2003. V. 4. N 4. P. 1000–1012. doi: 10.1021/bm034055f

10.Pickett G.T. Classical path analysis of end-grafted dendrimers: dendrimer forest // Macromolecules. 2001. V. 34. N 25. P. 8784–8791. doi: 10.1021/ma010917y

11.Polotsky A.A., Leermakers F.A.M., Zhulina E.B., Birshtein T.M. On the two-population structure of brushes made of arm-grafted polymer stars // Macromolecules. 2012. V. 45. N 7. P. 7260–7273. doi: 10.1021/ma300691b

12.Merlitz H., Wu C.-X., Sommer J.-U. Starlike polymer brushes // Macromolecules. 2011. V. 44. N 17. P. 7043–7049. doi: 10.1021/ma201363u

13.Merlitz H., Cui W., Wu C.-X., Sommer J.-U. Semianalytical mean-field model for starlike polymer brushes in good solvent // Macromolecules. 2013. V. 46. N 3. P. 1248–1252. doi: 10.1021/ma302417j

14.Cui W., Su C.-F., Merlitz H., Wu C.-X., Sommer J.-U. Structure of dendrimer brushes: mean-field theory and MD simulations // Macromolecules. 2014. V. 47. N 11. P. 3645–3653. doi: 10.1021/ma500129h

15.Kroger M., Peleg O., Halperin A. From dendrimers to dendronized polymers and forests: scaling theory and its limitations // Macromolecules. 2010. V. 43. N 14. P. 6213–6224. doi: 10.1021/ma100861b

16.Gergidis L.N., Kalogirou A., Vlahos C. Dendritic brushes under good solvent conditions: a simulation study // Langmuir. 2012. V. 28. N 49. P. 17176–17185. doi: 10.1021/la3039957

17.Borisov O.V., Zhulina E.B., Polotsky A.A., Leermakers F.A.M., Birshtein T.M. Interactions between brushes of root-tethered dendrons // Macromolecules. 2014. V. 47. N 19. P. 6932–6945. doi: 10.1021/ma501082p

18.Borisov O.V., Polotsky A.A., Rud O.V., Zhulina E.B., Leermakers F.A.M., Birshtein T.M. Dendron brushes and dendronized polymers: a theoretical outlook // Soft Matter. 2014. V. 10. N 13. P. 2093–2101. doi: 10.1039/c3sm53019a

19.Borisov O.V., Zhulina E.B. Brushes of dendritically-branched polyelectrolytes // Macromolecules. 2015. V. 48. N 5. P. 1499–1508.doi: 10.1021/ma502157r

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License