Полимеры и нанотехнологии

Что представляют собой полимеры? Какую роль они играют в организме человека? Как возникли нанотехнологии? И как они применяются для изучения полимерных цепей? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Алексей Хохлов.

Полимеры окружают нас повсюду. Полимерами являются не только все пластмассы, резины, не только полимерные пленки и волокна, из которых сделана ваша одежда. Вы сами состоите из полимеров, и основные полимеры, которые есть в живой системе, — это ДНК и РНК, полинуклеотиды, которые отвечают за информацию, содержащуюся в клетке, за считывание этой информации, белки — это полипептиды, которые катализируют все биохимические реакции в живой системе, и полисахариды, ответственные за пространственные структуры, которые есть в живой клетке.

Наиболее ударные направления физики и химии XX века лежали в области меньше нанометра: структура атома, структура ядра, различные атомные и ядерные процессы и так далее. Это было ударное направление науки XX века. Можно увидеть, что интервал от 1 нанометра до 400 нанометров фактически оставался неисследованным. Вместе с тем наиболее интересные свойства материалов, если речь не идет о монокристаллах, обусловлены структурой материи на этих масштабах.

Существует явление микрофазного расслоения в блоксополимерах. Что такое блоксополимер? Сначала у вас есть цепь одного сорта, потом она ковалентно оказывается пришита к цепи другого сорта. Например, полистирол — ковалентная связь — и цепочка из полибутадиена. Один полимер стеклующийся, другой — эластомер. Если у вас есть расплав таких макромолекул, звено стирола и звено бутадиена отталкиваются друг от друга. Если бы ковалентной связи не было, возникло бы фазовое расслоение: полистирол ушел бы в одну часть сосуда, полибутадиен — в другую. Поскольку есть ковалентная связь, тенденция к расслоению возникает естественным образом, но оно не может пойти до конца, и возникает микрофазно расслоенная структура, то есть наноструктура.