USPOŘÁDÁNÍ A POHYBLIVOST V SUPRAMAKROMOLEKULÁRNÍM SYSTÉMU

Jedním z typů útvarů, v kterých se určitý stupeň nenáhodnosti primární struktury makromolekul spontánně projevuje nadmolekulárním uspořádáním, jsou polymerní micely. Vznikají s pozoruhodnou pravidelností např. ve vodě samovolným shluknutím několika desítek řetězců blokových kopolymerů, v nichž je hydrofilní, tedy s vodou snášenlivý řetězec propojen s hydrofobním, tedy vodu odpuzujícím řetězcem jedinou chemickou vazbou. Tato vazba, kterou můžeme považovat za molekulární rozhraní, je v micele umístěna na rozhraní mezi jejím kulovým jádrem, složeným ze shluklých hydrofobních řetězců, a podstatně řidší koronou rozprostřených hydrofilních řetězců, prostoupenou molekulami vody. Polymerní micely mají celou řadu praktických využití, slouží však také jako poměrně jednoduchý model nadmolekulárního útvaru, který má zřejmý stupeň uspořádání a zároveň si udržuje podstatnou pohyblivost. Vztah uspořádání a pohyblivosti je konkurenční jen na nižších úrovních řádu hmoty. K pochopení, kdy a jak se začíná projevovat kooperativně jako dynamický řád, přispívá studium micel, jejichž chování je podle našich zjištění téměř na hranici takového přechodu.

Kombinací jaderné magnetické resonance s rozptylem světla a neutronů jsme nejen objasnili detailní strukturu micely, ale také jsme poprvé provedli kompletní analýzu pohyblivosti jejích částí. Micela jako celek při svém poloměru asi 27 nm rotuje s frekvencí kolem 10 kHz. Řetězce korony současně vykonávají vlnivé pohyby, jejichž frekvence závisí na jejich pružnosti, ale také na hustotě elektrického náboje, který nesou. Průměrný čas, v němž dochází k lokální změně tvaru řetězce, se pohybuje v rozmezí 10-11 s na vnějších okrajích a až 10-8 s v oblasti rozhraní a je obecně vyšší u více elektricky nabité korony. Malé kladné ionty, které vyrovnávají náboj korony, nejsou ve svých pohybech nezávislé na pohybech řetězců, ale nelze jim přisoudit zřetelné uspořádání. Rozhraní mezi jádrem a koronou micely je zcela ostré jenom v případě elektricky nabité korony. V jeho blízkosti, do vzdálenosti ca 2-3 nm, jsou pohyby atomových skupin korony i jádra zpomalené a vykazují relativní uspořádání. Hlouběji v jádře jsou pohyby řetězců víceméně statistické a podstatně rychlejší, s korelačním časem od 10-10 do 10-11 s, nicméně pomalejší, než v čistém polymeru téhož složení.

Dílčí dynamický řád je v polymerní micele vynucen molekulárním rozhraním na úkor pohyblivosti. Micela je tedy zřejmě jedním z možných předstupňů kooperativního vztahu uspořádání a pohyblivosti.

BIOpolymerní POstdoktorandská Laboratoř a vzdělávácí centrum  - BIOPOL

Centrum polymerních materiálů a technologií Otty Wichterla - CPMTOW

Centrum biomedicinálních polymerů - CBMP

Centrum polymerních senzorů - CPS

Polymery pro energetiku - EnergoLab


Ústav makromolekulární chemie AV ČR v.v.i.

Heyrovského nám. 2
162 06 Praha 6
tel:+420 296 809 111
fax:+420 296 809 410

Strategie 21