Решеточные модели лиотропного жидкокристаллического упорядочения
На правах рукописи
Ельникова Лилия Вячеславовна РЕШЕТОЧНЫЕ МОДЕЛИ ЛИОТРОПНОГО ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО УПОРЯДОЧЕНИЯ Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Москва 2006
Работа выполнена в Московском Инженерно-Физическом Институте (Государственном Университете)
Научный консультант: -доктор физико-математических наук, профессор Быковский Юрий Алексеевич
Официальные оппоненты: -доктор физико-математических наук Дмитриенко Владимир Евгеньевич, -кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Емельяненко Александр Вячеславович
Ведущая организация: Российский Университет Дружбы Народов
Защита состоится _ ноября 2006 года в часов на заседании диссертационного совета Д.501.002.01 в Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГПС-2, Москва, Ленинские Горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет, ЮФА.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Автореферат разослан 25 сентября 2006.
Ученый секретарь диссертационного совета Д.501.002. кандидат физико-математических наук Т.В. Лаптинская ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ Диссертация посвящена теоретическому изучению критических явлений в лиотропных жидких кристаллах и агрегатах с помощью решеточных моделей и их численного решения. В основу положены современные экспериментальные результаты по лиотропным переходам в некоторых системах различных классов, не имеющие законченной интерпретации.
Лиотропные жидкие кристаллы (ЛЖК) - это системы из двух и более компонентов, поверхностно-активных веществ и растворителя, проявляющие полиморфизм при изменении концентрации (в отличие от термотропных жидких кристаллов (ТЖК), однокомпонентных систем, в которых фазовые переходы индуцированы изменением температуры). В отличие от ТЖК, ЛЖК способны образовывать надмолекулярные структуры, или термодинамически устойчивые агрегаты, предшествующие лиотропным ЖК фазам.
Актуальность проблемы исследования ЛЖК фазы и агрегаты являются основными строительными блоками различных биологических структур (клеточных мембран, хлоропластов, миелиновых оболочек нейронов и пр.). Процессы их самосборки продолжают интенсивно изучаться до настоящего времени, стимулируемые совершенствованием методов физического эксперимента.
Коллективные взаимодействия амфифильных молекул в растворах играют важную роль в образовании высокомолекулярных соединений в составе живых организмов: белков, полисахаридов и пр., в настоящее время успешно проводится синтез их новых представителей, ЛЖК структур, и исследование их мезоморфных свойств.
На сегодняшний день особенно остро ощущаются проблемы экологии и мониторинга окружающей среды, безопасности общества. Жидкие кристаллы эффективны в измерениях концентрации практически любых сред, поскольку они обладают предельно высокой чувствительностью вблизи границ фазовых переходов. С этой позиции возможности лиотропных жидких кристаллов еще не достаточно глубоко не исследованы. Весьма существенным является факт, что фазовые переходы, индуцированные изменением концентрации, позволяют обнаруживать содержание в растворах органических примесей, в том числе, наркотических препаратов и других химических соединений.
В качестве одной из технических реализаций этой возможности являются волоконно-оптические датчики (ВОД) с жидкими кристаллами, в том числе зонды и биохимические датчики концентрации на основе ЛЖК, это техническое направление сформировалось 80 гг. прошлого столетия.
Масштабы внедрения ВОД концентрации растворов в медицинской и экологической диагностике оказались значительными благодаря их низкой стоимости и высоким эксплуатационным показателям.
Необходимость оценок возможностей практического применения ЛЖК систем требует от теории большей предсказательной силы.
Самоорганизация материи, подобная лиотропным многокомпонентным системам, не наблюдается и не рассматривается в свете проблем термотропного мезоморфизма, развитие экспериментальных и теоретических методов изучения термотропных и лиотропных ЖК исторически происходило независимо друг от друга [a1] - [a2]. В отличие от теории ТЖК, для лиотропных ЖК из-за сложности параметра порядка необходимо расширить аппарат теории применением статистических и топологических методов, теоретико-группового анализа [а3].
В рамках феноменологической теории Ландау были обнаружены аналогии и общие закономерности в морфологии ЛЖК, по симметрийным признакам проявляющиеся в явлениях сверхпроводимости, сверхтекучести, физики ферромагнетиков и полимеров. Так, например, в теории лиотропных мембран [а3-a6], в описаниях мезоморфизма отдельных неорганических ЛЖК нематиков [а7] применяется аппарат топологических дефектов, но в целом, возможности топологических методов в теории ЛЖК недостаточно реализованы.
Многие фундаментальные проблемы естествознания взаимосвязаны с самоорганизацией лиотропных ЖК систем, а наука о ЛЖК носит междисциплинарный характер, смежный с проблемами химии, биофизики, топологии, кибернетики и других областей знания.
Целью работы является 1. Разработка модели и методов расчета термодинамических и структурных параметров фазовых переходов в ЛЖК – системах c неионными сурфактантами, наблюдаемых на эксперименте: а) для объяснения увеличения периода повторяемости ламеллярной везикулы системы димиристоилфосфатидил-холин/моноэфир додецил октаэтиленгликоль/ вода (DMPC/C12E8/H2O), б) для объяснения лиотропных переходов между ламеллярными и сетчатыми фазами симметрии R m в системах полиоксиэтилированных соединений типа CmEOn/2H2O при понижении температуры. 2. Построение модели образования поверхностных доменов в замкнутых липидных везикулах системы 1,2- дипальмитоил-фосфатидилхолин/1,2- дилауроилфосфати дилхолин/ холестерол (DPPC/DLPC/холестерол) и исследование закономерностей их эволюции. 3. Оценка применимости различных моделей лиомезоморфизма на примере определения параметров динамических процессов в псевдочетверной системе вода/ масло/ сурфактант/ косурфактант (вода/ додецилсульфат натрия/ толуол/ бутанол) в их лиотропных переходах. 4. Анализ возможностей практического применения лиотропных систем, в частности, в волоконно-оптических датчиках концентрации для биомедицинских и экологических задач.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту Установлен лиотропный характер самоорганизованного поведения ламеллярной фазы в системе DMPC/C12E8/H2O в рамках численного анализа модели Блюма-Капеля, найдена зависимость увеличения периода повторяемости мультиламеллярной везикулы от концентрации неионного сурфактанта C12E8.
Разработан метод численного решеточного анализа структурных параметров четырехкомпонентных систем типа вода/масло/сурфактант/косурфактант (вода/ додецилсульфат натрия/толуол/бутанол) в микроэмульсионных и ламеллярных агрегатах в динамических переменных.
Разработана решеточная модель лиотропного образования микро- и наноскопических липидных доменов на поверхности везикул системы липиды-холестерол DPPC/DLPC/холестерол) в условиях непрерывного перехода.
Для семейства сетчатых фаз, образующихся в водных растворах неионных сурфактантов CmEOn (полиоксиэтилированных соединениях C16EO6/2H2O и C30EO9/2H2O) разработана решеточная модель перехода из ламеллярной фазы в фазу с ромбоэдрической симметрией пространственной группы R m, предшествующей гексагональной фазе при понижении температуры. Определены структурные параметры фазы R m методом Монте-Карло на решетке, учитывающим кривизну поверхности.
На уровне моделирования предложена схема измерения рН воды на основе липидного волоконно-оптического датчика.
Апробация работы Результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на семинарах МИФИ, ИТЭФ, Института кристаллографии РАН им. А.В. Шубникова, на IV и V Национальных конференциях по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов РСНЭ-2003, РСНЭ НАНО- (Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова), на V и VII научных конференциях молодых ученых и специалистов ОИЯИ (Дубна 2001, гг.), на научных сессиях МИФИ 2000, 2001, 2003, 2004, 2005 гг., на Международной конференции "Оптика-2001" (Санкт-Петербург), II Международной конференции молодых ученых и специалистов 2003 (II International Conference Laser Optics for Young Scientists. LOYS-2003) и Международных конференциях "Оптика-2003" (Санкт-Петербург), "Фундаментальные проблемы оптики-2004" (Санкт-Петербург), на Международной конференции "Nanoscale Properties of Condensed Matter Probed by Resonance Phenomena" (NANORES-2004) в Казани, XXI Международной конференции "Нелинейные процессы в твердых телах" (RPS-21, Воронеж, 2004), Международной школе молодых ученых "IV Чистяковские чтения" (Иваново, 2004), Восьмой Европейской конференции по жидким кристаллам (Сесто, 2005) и 14 Международной конференции по внутреннему трению и механической спектроскопии (ICIFMS-14, Киото, 2005).
Публикации По теме диссертации в научных журналах и сборниках трудов научных школ и конференций опубликованы работы [1-19].
Объем и структура диссертации Диссертация состоит из пяти глав и четырех приложений общим объемом 150 страниц, включая 3 таблицы, 26 рисунков и список цитированной литературы из 229 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение Во введении кратко сообщается об истории открытия и исследований ЛЖК фаз и агрегатов, определяется терминология и методы исследований, дается общая характеристика работы, формулируются цели работы, основные результаты и защищаемые положения, актуальность темы, новизна и практическая значимость результатов.
Глава Глава представляет собой обзор литературы. В ней перечисляются основные экспериментальные методы исследования ЛЖК структур, дается вводное представление об установленной номенклатуре и топологических классах исследуемых объектов. Кратко освещаются основные теоретические подходы, применяемые для описания фазового поведения ЛЖК фаз и агрегатов. Делается акцент на микроскопические модели, связанные с возможностью численного решения [1-2], [14-15].
Глава Глава посвящена моделированию фазового состояния мультиламеллярной везикулы в сильно разбавленном растворе системы DMPC/C12E8/H2O, в ней используются данные экспериментов по малоугловому рассеянию нейтронов и рентгеновских лучей, выполненных группой Киселева [a8] на спектрометре YuMO (ИБР-2, Дубна) и на др.
установках за рубежом.
Согласно экспериментальным результатам [a8] для липидно сурфактантного водного раствора DMPC/C12E8/H2O, в мезоморфной последовательности в режиме медленного повышения температуры при лиотропном (индуцированном добавлением сурфактанта) переходе, липидный бислой трансформируется в многослойную везикулу (рис. 1).
Мезоморфные свойства водных растворов неионных сурфактантов типа CiEj с липидом DMPC подробно рассмотрены в литературе [a9], построены фазовые диаграммы, отражающие лиотропную природу образования агрегатов и ЖК-фаз. Известные континуальные описания мембранных фаз основаны на феноменологической теории Хельфриха и Грюнера о спонтанной кривизне.
Образование новых бислоев в ламеллярных фазах может быть также интерпретировано топологическими особенностями в виде дисклинаций в смектиках (аналогичные «террасам Гранжана» в ТЖК [а10]). Однако, согласно эксперименту, данная задача не ограничивается симметрией D2 и мотивирует построение единой модели, в рамках которой возможно описание полной серии переходов в названной тройной системе.
Кроме макроскопического континуального описания самоорганизованного поведения подобных систем существует представление свободной энергии системы в терминах микроканонического ансамбля на решетке (Ларсон, Сулливан [a11], Вайдом и Шик, Зуккерман и др.), энергия ориентационного и изотропного взаимодействий выражается через коэффициенты гамильтониана модели типа Изинга.
Рис.1 Фрагмент мезоморфной последовательности в DMPC/C12E8/H2O [a8].
В настоящей работе, как и в некоторых ранних интерпретациях трехкомпонентных лиотропных систем, использован гамильтониан модели Блюма-Капеля:
rr rr H = J 1 u2 v2 J 2 ( u2 v + v2 u ) J 3 ( v2 su ruv + u2 s v rvu ) uv uv uv (1) µ s (1 u ) µ l u ( u 1) / 2, u u в различных конфигурациях узлы решетки случайно заняты одним из i (i =1,0,- состояний соответствует молекул воды, молекуле r r сурфактанта), ruv – вектор в направлении от узла u к узлу v, su - вектор ориентации молекул, находящихся в соответствующих узлах, µs, µl – химические потенциалы сурфактанта и липида соответственно, J1, J2 и J3 константы ориентационного взаимодействия [6, 8, 12].
Расстояние между бислоями, Анг.
0,58 0,60 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0, Молярная доля сурфактанта С12Е8, % Рис. 2. Увеличение периода повторяемости мембранной везикулы DMPC/C12E8/H2O по результатам моделирования Монте-Карло.
В результате проведенных в диссертации вычислений методом Монте Карло на решеточной модели найдены основные зависимости критических величин, по распределению спиновой плотности построена эволюция периода повторяемости мембранной везикулы в зависимости от концентрации неионного сурфактанта (рис. 2), качественно согласующаяся с другими литературными сведениями по мембранной самосборке [a12] и экспериментом.
В рамках решеточного метода переход от мембранного бислоя водного раствора липида DMPC к системе бислоев в тройной системе можно интерпретироватькак последовательность переходов между смектической и изотропной фазами и упорядочение в смектическую фазу с другим параметром порядка, избегая при этом возникновения предсказываемой теорией среднего поля складчатой смектической фазы (риппл – фазы), существование которой для системы DMPC/C12E8/H2O не согласуется с экспериментальными результатами.
Глава В лиотропных системах часто оказываются существенными релаксационные процессы, связанные с перестройкой размеров сверхструктур (например, мицелл) к равновесным значениям [a2], определяемым, в том числе, значениями локальных концентраций компонентов, тогда как в ТЖК из-за отсутствия надмолекулярных структур и градиентов концентрации эти процессы несущественны.
Релаксационные процессы в лиотропной системе типа вода/масло/сурфактант/косурфактант в присутствии неорганической соли отличаются от хорошо изученной тройной системы типа вода/масло/сурфактант, что отражается на характере фазовой диаграммы.
По результатам экспериментов Молле и др. [a14] по нейтронной спектроскопии спинового эха, выполненных в Гренобле, в представленной диссертации проводится численный анализ времен релаксации относительной интенсивности рассеяния в различных мицеллярных структурах смеси вода/додецилсульфат натрия/толуол/бутанол через зависимости корреляционных функций, вычисляемых в решеточной 3D модели Изинга.
Тепловые флуктуации в масштабах корреляционной длины в микроэмульсиях были предсказаны до их экспериментального обнаружения [a15]. В области сосуществования фаз фазовой диаграммы, при молярном отношении бутанол/ додецил сульфат натрия около 0.57 мы рассматриваем влияние на капли тепловых флуктуаций, которые можно сопоставить с результатами вычислений методом ренормализационной группы (РГ) и феноменологической модели Хельфриха [a15] для всех измеряемых типов пространственных структур в температурном диапазоне 296-323 К.
1 r (t ) ~ (6 D0 ), Среднее смещение капли (где D0 2 2 короткодействующая диффузионная константа броуновского движения), определяющее эффекты различия во временах релаксации для плотной и разреженной микроэмульсий (вдали и вблизи границы раздела фаз соответственно), может быть оценено в моделировании Монте-Карло.
L 290 295 300 305 310 315 320 Температура, К Рис. 3. Результаты численного моделирования для температурной зависимости решеточного размера на участке фазы микроэмульсии [13].
Чтобы выделить динамику капель в микроскопической модели, на некотором шаге производится случайный выбор параметров взаимодействия J2, J3, аналогично численному анализу гамильтониана спинового стекла. Результаты численного моделирования подтверждают экспоненциальное увеличение радиуса слоя (как и набухание ламеллярной фазы) в качественном согласии с экспериментом [a14].
Глава В четвертой главе изучается образование упорядоченных и неупорядоченных структур на поверхности сферических везикул в липидно-холестерольной смеси (DPPC/DLPC/холестерол).
В основу постороения модели положены результаты экспериментов по конфокальной флюоресцентной микроскопии Фейгенсона с сотрудниками [a16], в которых исследовалась роль концентрации компонентов DPPC/DLPC/холестерол в образовании поверхностных доменов с характерным размером порядка 300 нм на гигантских униламеллярных везикулах GUV (рис. 4, 5), а также последующие измерения методом атомно-силовой микроскопии на модельных везикулах LUV [a17] той же системы.
Рис. 4. Везикулы DPPC/DLPC/холестерол и визуализация поверхностных доменов [a16].
Структурные параметры некоторых ламеллярных фаз, связанных с этими областями, проверяются численным методом Монте-Карло [18] в рамках решеточной модели типа Изинга с учетом эффекта радиуса гирации на каплях, который оценивается с помощью феноменологической теории. Привлекается аналогия свободной энергии мембраны с энергией вихрей в сверхпроводящих пленках [a5].
В общем виде используется высокотемпературный изингоподобный гамильтониан, аналогичный (1), нормированный на химический потенциал холестерола и использующий аналогичные целые спиновые переменные i.
H = J 1 u v J 2 ( u v2 + v2 u ) J 3 ( u v + v2 u ) µ l1 (1 u ) µ l2 u 2 2 2 uv uv uv u u (2) С помощью компьютерного моделирования прослежен рост поверх ностных доменов в зависимости от концентрации холестерола (рис. 6).
Рис. 5. Фазовая диаграмма лиотропной смеси DPPC/DLPC/холестерол при 297 K [а16]. Обозначены участки: A- DLPC насыщенная флюидная ламеллярная фаза L0,2 ;
В- участок сосуществования флюидной ламеллярной фазы L0,2 и DPPC-насыщенной упорядоченной фазы;
С - DPPC-насыщенная упорядоченная фаза;
D – фаза, изменяющаяся непрерывно от жесткой упорядоченной фазы около границы C/D до флюидоупорядоченной фазы около границы D/E;
Е, F –различные флюидоупорядоченные фазы;
G - область сосуществования кристаллического моногидрата холестерола и глубокой ламеллярной фазой L DPPC 0. ls, нм DPPC 0. 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0, Концентрация холестерола, мол % Рис. 6. Результаты вычислений размеров поверхностных доменов при увеличении концентрации холестерола, полученные с помощью метода Монте-Карло [14].
Глава Рассматривается лиотропный мезоморфизм бинарных смесей CmEOn/2H2O неионных сурфактантов типа и метод вычисления термодинамических параметров при лиотропных переходах между ламеллярной (L), сетчатой фазой с пространственной ромбоэдрической симметрией R m и гексагональной (Н1) фазой, сочетающий в себе континуальный и решеточный анализ. Нахождение структурных параметров может быть выполнено численно решеточным методом Монте Карло [5, 16, 17].
Брукманом и др. разработан метод приближенных вычислений геометрии гироидных поверхностей [18], основанный на свойствах скелетного графа Шоена и поверхностей Шварца. С помощью этого метода можно описывать также фазы с симметрией R m, как поверхности рода 3 [a18], рис. 8, метод Брукмана использовался Холмсом при оценке структурных параметров наблюдаемых на эксперименте сетчатых фаз.
T, C 15 20 25 30 35 40 45 50 55 весовая концентрация C16EO Рис. 7. Фазовая диаграмма системы C16EO6/2H2O в области весовой концентрации сурфактанта 48 - 62% [a18], обозначены ламеллярная фаза (L), случайная mesh фаза (LH ), промежуточная (Int.), bcc - фаза (V1), гексагональная (H1) и гелевая фаза (L). Пунктирной линией выделена граница области, где фаза LH становится нестабильной и вероятно сосуществование двух фаз с промежуточной фазой вдоль всего исследуемого диапазона.
Рис. 8. Единичная структурная ячейка трехсвязной mesh фазы.
В качестве альтернативного метода расчета в диссертации рассмотрены случайные поверхности без самопересечений, которые конструируются на дуальной решетке [a19], что позволило вычислять двухкомпонентный гамильтониан модели Изинга и его статистическую сумму с учетом трех типов связей при наличии дуальной решетки.
Кривизна в этом случае является трехкомпонентной и нормируется действием в римановой метрике.
Гамильтониан свободной энергии на исходной решетке ОЦК имеет вид 1 rr rr H = [ J1 u v + J 2 ( v su ruv + u sv rvu )] µ s (1 u 2 ), (3) uv u = - постоянная Больцмана и Т- абсолютная температура,, kB k BT спиновые переменные i (i =1,0) соответствуют молекулам воды и r r сурфактанта, ruv – вектор в направлении от узла u к узлу v, su - вектор ориентации молекул, находящихся в соответствующих узлах, µs, – химический потенциал сурфактанта, J1 и J2 - константы ориентационного взаимодействия. Гамильтониан модели, построенный на дуальной решетке, и статистическая сумма в этом случае включают в себя кривизну поверхности [19].
39, 38, 38, 37, R, отн. ед.
37, 36, 36, 35, 35, 0,65 0,70 0,75 0,, отн. ед.
Рис. 9. Зависимость кривизны сетчатой фазы от концентрации неионного сурфактанта, построенная по результатам численного моделирования.
Результатом компьютерного моделирования методом Монте-Карло является концентрационная зависимость структурных параметров (рис. 9), имеющая качественное согласие с аналогичной зависимостью однокомпонентной усредненной средней кривизны, полученной Брукманом.
В 5 главе также оценены возможности применения нелинейной модели для интерпретации эволюции сетчатых фаз [а6] и найдены энергетические соотношения между ламеллярной, гексагональной и сетчатой фазами.
В заключении сформулированы основные выводы и результаты работы.
Приложение 1 Номенклатура лиотропных ЖК фаз.
Приложение 2 Используемые структурные формулы.
Приложение 3 Блок-схемы алгоритмов Монте-Карло.
Приложение 4 Моделирование датчиков концентрации.
В этом четвертом приложении рассмотрены варианты устройств для определения рН растворов, схемы измерений включают волоконно оптические датчики (ВОД) [1-4], [9,10]. Принцип их работы основан на смещении спектра флюоресцентной эмиссии в зависимости от лиомезоморфизма раствора липида DMPG.
Результаты работы Для анализа лиотропного мезоморфизма системы DMPC/C12E8/H2O составлена модель типа Блюма-Капеля. Найдена зависимость увеличения периода повторяемости мультиламеллярной везикулы от концентрации неионного сурфактанта C12E8.
Разработан метод расчета термодинамических свойств агрегатов системы типа вода/масло/сурфактант/косурфактант в динамических переменных с использованием гамильтониана типа спинового стекла в моделировании методом Монте-Карло.
На основе построенной спиновой модели численно оценена эволюция микро- и наноскопических поверхностных в везикулах в липидной смеси DPPC/DLPC/холестерол.
Для растворов неионных сурфактантов C16EO6/2H2O и C30EO9/2H2O численно промоделирован переход из ламеллярной фазы в гексагональную в фазу с ромбоэдрической симметрией R m в рамках спиновой модели и найдена структурные параметры мезофазы.
Предложена модель липидного волоконно-оптического датчика для измерения концентрации молекул и ионов в растворителе.
Научная новизна результатов В диссертационной работе впервые поставлена и решена задача о стабилизации ламеллярной фазы в тройной системе липида DMPC, воды и сурфактанта C12E8 в многослойной везикуле в рамках решеточной модели Блюма-Капеля. Предложена интерпретация фазового перехода из бислоя водного раствора DMPC в многослойную везикулу DMPC/C12E8/H2O.
Впервые интерпретировано образование микро- и наноскопических поверхностных областей в везикулах системы DPPC/DLPC/холестерол, проходящее в условиях лиотропного перехода, индуцированного добавлением холестерола, результаты проверены численным моделированием Монте-Карло на решетке.
Разработан метод вычисления структурных параметров сетчатой фазы с симметрией R m в системах с неионным сурфактантом типа CmEOn/2H2O, основанный на решеточной модели с топологическим инвариантом.
Научно-практическая ценность Развитые в работе методы расчета могут применяться при конструировании волоконно-оптических датчиков, в частности, основанных на принципе изменения параметров излучения в зависимости от лиотропных свойств среды, на этапе выбора чувствительного элемента с требуемыми физическими и химическими свойствами.
Предсказание критического поведения лиотропных ЖК фаз и агрегатов имеет значение при синтезе новых соединений с аналогичными термодинамическими и мезоморфными свойствами.
Выводы Как показано в главе 2, теория среднего поля неадекватно отражает характер лиотропных переходов применительно к задачам о смектических фазах в липид-сурфактантных водных растворах, использование спиновой решеточной модели позволяет уточнять структуру мезоморфных последовательностей в зависимости от состава смесей.
Микроскопический анализ (глава 3) позволяет оценивать размерные эффекты, происходящие на двух различных масштабах агрегации. В фазах микроэмульсий систем вода-масло-сурфактант-косурфактант можно проиллюстрировать эффективность решеточных моделей, сформулированных в динамических переменных, для наблюдаемых на эксперименте масштабных эффектов.
Как показано в главе 4, эффекты различной природы в липидных агрегатах, такие, как образование поверхностных доменов в везикулах и набухание ламеллярной структуры, целесообразно интерпретировать на языке спиновых решеточных моделей в сочетании с топологическим анализом.
На основе вычислений, представленных в главе 5, можно заключить о целесообразности дискретизировать в виде изинговой модели энергию случайных поверхностей без самопересечений, что позволяет вычислять параметры сетчатых лиотропных структур.
Список публикаций автора 1. Быковский Ю.А., Ельникова Л.В. Волоконно-оптические датчики концентрации примесей в воде и волоконно-оптические датчики рН // Научная сессия МИФИ-2000. Сб. науч. трудов. М. 2000, Т. 4, С. 204 205.
2. Ельникова Л.В. Жидкие кристаллы в биохимических волоконно оптических датчиках // Научная сессия МИФИ-2001. Сб. науч. трудов.
М. 2001, Т. 4, С. 231.
3. Ельникова Л.В. Принцип измерения концентрации растворов с помощью лиотропных жидких кристаллов // Сб. трудов конференции "Оптика-2001". СПб. 2001.
4. Ельникова Л.В. Измерение концентрации растворов с помощью лиотропной жидкокристаллической фазы // Пятая научная конференция молодых учёных и специалистов ОИЯИ. Дубна. 2001., С. 13.
5. Ельникова Л.В. Критические явления в лиотропных системах // Научная сессия МИФИ-2003. Сб. науч. трудов, Т. 4, С. 170-171.
6. Ельникова Л.В. Образование ламеллярных фаз лиотропных жидких кристаллов в решеточных моделях Изинга // Седьмая научная конференция молодых ученых и специалистов ОИЯИ. Тезисы докладов.
Дубна 2003, C. 205-207.
7. El'nikova L.V., Ryabinkina V.A. The optical monitoring for lyotropic liquid crystalline mesophases // II International Conference Laser Optics for Young Scientists. LOYS-2003. (30.06-4.07.2003) St. Petersburg 2003.
8. Ельникова Л.В. Численное моделирование Монте Карло мезоморфных превращений в смесях фосфолипидов // IV Национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов. ИК РАН им.
А.В. Шубникова. Тезисы докладов РСНЭ. Москва 2003, С. 330.
9. Ельникова Л.В. Численное моделирование мезоморфных превращений в лиотропных системах, влияющих на их оптические свойства // Оптика-2003. Труды третьей международной конференции молодых ученых и специалистов. Санкт-Петербург, 20-23 октября 2003. Под ред.
проф. С.А. Козлова. С. 232.
10. Ельникова Л.В. Мезоморфизм смеси C12EO6/H2O // Научная сессия МИФИ-2004. Сб. науч. трудов. М. 2004., Т.4., С. 190.
11. Ельникова Л.В. Методы определения концентрации в ламеллярных фазах фосфолипидов // Сб. трудов конференции "Фундаментальные проблемы оптики-2004" (Proceeding BPO-2004). СПб. 2004, С. 317.
12. Ельникова Л.В. Решеточная модель образования смектических фаз в везикулах системы вода-липид-неионный сурфактант // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2005, Вып. 1-2 (11-12). С.
95 - 100.
13. El'nikova L.V., 3D Lattice Model for the Phase Transition in a Water/Oil/Surfactant/Cosurfactant Mixture, J. Solid State Phenomena 2006, V. 115, P. 315-318.
14. Ельникова Л.В. Наноразмерные поверхностные эффекты в липидных везикулах // V Национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, Нейтронов и Электронов для исследования материалов. Институт кристаллографии им. А.В.
Шубникова. Тезисы докладов РСНЭ НАНО-2005. Москва 2005, С. 207.
15. Ельникова Л.В. Метод позитронной аннигиляции в исследованиях лиотропных агрегатов // Научная сессия МИФИ-2005. М.2005, Сб. науч.
трудов, Т.4, С. 181-183.
16. Ельникова Л.В. Локальная топология лиомезофаз и методы вычислений // Научная сессия МИФИ-2005. М.2005, Сб. науч. трудов., Т.4, С. 233 235.
17. Ельникова Л.В. Решеточная модель образования промежуточной mesh R m фазы в водных смесях неионных сурфактантов // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2004, Вып.2(8), С. 31-38.
18. Ельникова Л.В. Гироиды и спиновая модель образования промежуточной фазы в водных смесях неионных сурфактантов // Поверхность: Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2005, N. 8, С. 74-79.
19. El’nikova L.V. Numerical version of the area-difference elasticity model for lipid-detergent bilayer vesiculation // Materials Science and Engineering A 2006. Доступно в режиме “online” с 28 июля 2006:
http://www.sciencedirect.com/science/journal/ Список цитированной литературы [a1] Усольцева Н.В. Лиотропные жидкие кристаллы: химическая и надмолекулярная структура. Иван. гос. ун-т. -Иваново, 1994. - 220 C.
[a2] Веденов А.А., Левченко Е.Б. // УФН 1983, Т. 183 (Вып. 1), С. 3-54.
[a3] Монастырский М.И. Топология калибровочных полей и конденсированных сред. - М. ПАИМС, 1995. - 478 с.
[a4] Кац Е.И., Монастырский М.И. // ЖЭТФ 2000, Т. 118, Вып. 6(12), С.
1476 - 1483.
[a5] Evans R.M.L. // Phys. Rev. E. 1996, V. 53, P. 935 - 949.
[a6] Golo V.L., Kats E.I. and Porte G. // JETP Lett. 1996, V. 64, P. 631-636.
[a7] Sonin A.S. // J. Mater. Chem. 1998, V. 8, P. 2557-2574;
Казначеев А.В., Богданов М.М. и Тараскин С.А. // ЖЭТФ 2002, Т. 122, С. 68-75.
[a8] Kiselev M.A. et. al. //Proc. German-Russian User Meeting, Dubna, 1998.
[a9] Koynova R. and Tenchov B. //Current Opinion in Colloid and Interface Science 2001, V. 6, P. 277 - 286.
[a10] де Жен П. Физика жидких кристаллов. М. Мир, 1982. - 400 c.
[a11] Linhananta A. and Sullivan D. E. // Phys. Rev. E. 1998, V. 57, Р. 4547 4557.
[a12] Chen C.-M. // Physica A. 2000, V. 281, P. 41-50.
[a13] Goldstain R.E. and Lipowsky R. // Phys. Rev. L. 1988, V. 61, P. 2213 2216.
[a14] Molle B., de Geyer A., Guilermo A. et al. // Phys. Rev. L. 2003, V. 90, P.
068305-068310.
[a15] Milner S.T. and Safran S.A // Phys. Rev. A. 1987, V. 36, P. 4371 - 4379.
[a16] Feigenson G.V. and Buboltz J.T. // Biophys. Journal 2001, V. 80, P. 2775 2788.
[a17] Tokumasu F., Jin A.J., Feigenson G.V. and Dvorak J.A. // Biophys.
Journal 2003, V. 84, P. 2609-2618.
[a18] Leaver M. S., Fogden A., Holmes M. C. et al. // Langmuir 2001, V. 17, P.
35-46.
[a19] Caselle M., Gliozzi F. and Vinti S. // Nucl. Phys. Proc. Suppl. 1994, V. 34, P. 726 - 729.