|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Магнитоэластическая оболочка во внешнем магнитном поле как модель нанокомпозитной магнитной липосомытезисы доклада Тезисы
- Авторы: Потапенков К.В., Кокшаров Ю.А., Хомутов Г.Б.
- Сборник: АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ. БФФХ-2021: Материалы ХVI международной научной конференции г. Севастополь, 13-17 сентября 2021 г
- Тезисы
- Год издания: 2021
- Первая страница: 81
- Последняя страница: 82
- Аннотация: Магнитные эластомеры (феррогели, магнитореологические/магнитоактивные полимеры) – группаперспективных функциональных композитных материалов, способных изменять свои механические свойстваили форму под воздействием внешнего магнитного поля (эффект магнитострикции). Как правило, основойструктуры магнитоэластиков является полимерная матрица, содержащая магнитные частицы микронных илисубмикронных размеров. Магнитоэластики могут быть применены на практике не только в промышленности илиробототехнике, но и в области прикладной биофизики/биоинженерии.Так, в качестве носителей для управляемой доставки биологически активных веществ in vivoразрабатывается широкий ряд полимерных материалов, содержащих наноразмерные магнитные частицы,которые попадают под определение магнитоэластиков. К данной группе также могут быть отнесеныкомпозитные липосомы, содержащие гидрофобизованные наночастицы магнетита в гидрофобной областилипидной бислойной мембраны.Поведение полых оболочек, выполненных из магнитного материала, активно изучалось ранее в основном вконтексте задач магнитного экранирования и детектирования. Для практических биофизических моделей можнорассмотреть деформацию оболочки, имеющей эллипсоидальную форму, во внешнем магнитном поле.В нашей работе задача Лапласа для скалярного потенциала магнитного поля рассматривалась для четырехвозможных состояний магнитной эллипсоидальной оболочки. При деформации, оболочка из магнитоэластика,изначально имевшая форму, близкую к сферической, может принять форму эллипсоида вращения. При этом,данный эллипсоид может иметь вытянутую или сплюснутую форму и быть ориентированным большой полуосьювдоль направления внешнего магнитного поля или же перпендикулярно ему. Широко известная задача обэлектростатической неустойчивости Релея-Тейлора является электростатическим аналогом описанной вышезадачи. При этом, наиболее энергетически выгодной ориентацией для заряженной капли является формавытянутого эллипсоида вращения, направленного длинной полуосью вдоль внешнего электрического поля.После рассмотрения задачи Лапласа для скалярных потенциалов магнитного поля для случая четырехвозможных состояний эллипсоидальной оболочки, потенциалы были проинтегрированы для получения формулдля свободной и магнитостатической энергий оболочек. Данные результаты применимы для расчета в случаелюбых параметров оболочек. Однако, в настоящей работе был проведен численный эксперимент с расчетнымипараметрами, близкими к параметрам реально полученных нами нанокомпозитных липосом: начальный радиусоболочки составлял 300 нм, а толщина – порядка 10 нм.Численный эксперимент показал, что минимум магнитостатической энергии наблюдается для случаявытянутого эллипсоида. В случае свободной энергии было показано, что наиболее энергетически выгоднойориентацией магнитоэластической оболочки в форме вытянутого эллипсоида вращения является ориентация егобольшой полуосью вдоль направления внешнего магнитного поля. Кроме того, ряд численных экспериментовбыл поставлен для проверки правильности полученных формул в предельных случаях, например, в случае, когдаэллипсоид переходит в сферу.Полученные формулы для магнитостатической энергии эллипсоидальной магнитоэластической оболочкиво внешнем магнитном поле были использованы для оценок поведения во внешнем поле нанокомпозитныхлипосом, содержащих локализованные в мембранах магнитные наночастицы. Полная энергия липосомоценивалась как сумма энергии поверхностного натяжения бислоя и магнитостатической энергии оболочек.Численный эксперимент для ряда различных значений коэффициента поверхностного натяжения показал, что вслучае, когда магнитностатическая составляющая полной энергии оценивалась по формуле для направлениявытянутого эллипсоида большой полуосью вдоль направления внешнего магнитного поля, наблюдаетсяуменьшение полной энергии при увеличении длины большой полуоси эллипсоида.Наблюдаемое убывание полной энергии в данном случае может свидетельствовать о неустойчивостисистемы и возможности возникновения в ней деформаций. Полученный результат находится в согласии срезультатами экспериментов с реальными магнитными липосомами во внешнем магнитном поле и может бытьиспользован для построения более полной теории, описывающей эффекты их деформации и измененияпроницаемости нанокомпозитных липосомальных мембран.Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект№ 18-29-02080).1. Frumkis L., Kaplan B.-Z. Spherical and Spheroidal Shells as Models in Magnetic Detection // Transactions onmagnetic, 1999, vol. 35, no. 5.2. Khomutov G.B., Kim V.P., Koksharov Y.A. et al. Nanocomposite biomimetic vesicles based on interfacialcomplexes of polyelectrolytes and colloid magnetic nanoparticles // Colloids and Surfaces A: Physicochemical andEngineering Aspects, 2017, vol. 532.
- Добавил в систему: Потапенков Кирилл Васильевич