ИСТИНА

Простой принцип построения последовательностей мономерных звеньев в сополимерных цепях, который может играть важную роль при образовании многих морфологий в функциональных синтетических полимерах, а также в биологических полимерах, состоит в использовании жесткоцепных участков в сочетании (попеременно) с гибкими участками. В рамках нашего проекта мы исследуем термодинамику и фазовое поведение полимерных систем с гибкими и жесткими компонентами. Конкретная фундаментальная задача настоящего проекта состоит в систематическом изучении конформационных и агрегационных свойств и расчете диаграммы состояний агрегатов из нескольких одиночных макромолекул мультиблок-сополимера, состоящего из гибких и полужестких блоков с разным сродством к растворителю, в зависимости от состава блоков в цепи, от жесткости и от качества растворителя. Исследования будут проводиться с помощью современных методов Монте-Карло (так называемых методов равномерных гистограмм Монте-Карло), позволяющих определить функцию плотности состояний молекулярной системы с достаточной точностью и построить диаграмму состояний. Мы хотим выяснить, какие глобулярные морфологии остаются стабильными и агрегируют с сохранением своей формы, и найти ответ на вопрос, подходит ли модель с регулярной неоднородностью обычных гидрофильно-гидрофобных взаимодействий и жесткости вдоль по цепи для описания основных особенностей агрегации с сохранением формы. Мы также хотим узнать, в какой степени такая агрегация является устойчивой без специфических взаимодействий (например, водородных связей), которые стабилизируют такие структуры в биополимерах. Мы планируем разработать соответствующий метод, используя алгоритм так называемого «стохастического приближения» Монте-Карло (СПМК) и совместный анализ в каноническом и микроканоническом ансамбле в полном фазовом пространстве, то есть определяя плотность состояний для полной энергии, а не только для конфигурационной энергии, как это обычно делалось раньше в методе Монте-Карло. В рамках этих исследований будут разработаны научные основы для направленного дизайна супрамолекулярных структур на основе агрегации с сохранением формы в разбавленных растворах гибко-жесткоцепных сополимеров. Эти исследования будут также способствовать лучшему пониманию принципов молекулярной эволюции и роли внутрицепной жесткости в этом процессе.

Combining flexibility with stiffness is a powerful design principle in nature and increasingly also in materials science. While significant progress has been made in the synthesis of self- assembling form- stable copolymer molecules, the statistical mechanical understanding of aggregation processes of these molecules is still in its infancy. Within the framework of our project we investigate the thermodynamics and the phase behavior of polymeric systems with flexible and stiff components with special emphasis on strategies that can be used to design hierarchically structured materials. The phase behavior is investigated by advanced flat histogram Monte Carlo methods such as Stochastic Approximation Monte Carlo sampling (a recent generalization of Wang-Landau sampling) together with a combined canonical/micro- canonical analysis as well as a topological analysis. In a previous joint project we investigated the single-chain behavior of such copolymers, whereas in the present proposed project the study of aggregation of several flexible-semiflexible copolymer chains in dilute solution will be performed. Our aim is to identify single chain morphologies which are able to aggregate in a shape-persistent fashion, allowing for a rational design of aggregated (supra-molecular) architectures. We also want to learn to which degree such aggregation is stable without the presence of specific interactions (like, e.g., hydrogen bonding) which stabilize such structures in biopolymers.