23520

شبيه سازي ديناميك مولكولي رفتار خودآرايي (Self-assembly) كوپليمرهاي بلوكي آمفي فيليك در حضور نانوذره

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي-پليمر

1397

1399/10/29

محمد رضا مقبلي

محمد امين كوچكي محمد پور

مهندسي شيمي،نفت و گاز

در‌اين رساله قابليت پوشينه سازي سطح گرافن با كوپليمر بلاكي زيست سازگار و زيست تخريب پذير پلي اتيلن گلايكول-پلي كاپرولاكتان (PEG-PCL) كه داراي‌‌يك بلاك آبدوست و يك بلاك آبگريز است توسط ابزار شبيه سازي ديناميك مولكولي (MD) مورد تحقيق قرار گرفت. براي‌اين منظور، ابتدا ويژگي‌ها و رفتار ديناميكي كوپليمر بلاكي PEG45-PCL12 با 12 واحد تكرار شونده‌‌ي بلاك آبگريز توسط شبيه سازي ديناميك مولكولي بررسي شد. نتايج شبيه سازي در چهارچوب تابع توزيع شعاعي (RDF), ميانگين مربع جابجايي،(MSD) نمايه‌‌ي چگالي و انرژي برهم¬كنش گرافن و كوپليمر بلوكي و هم چنين انرژي برهم كنش كوپليمر بلوكي و مولكول‌هاي آب مورد بررسي قرار گرفت. سپس اثر طول بلاك آبگريز كوپليمر بلاكي PEG-PCL در بهبود فرايند پوشانندگي سطح گرافن مورد مطالعه قرار گرفت. مطابق نتايج بدست آمده از شبيه سازي، با افزايش طول بلاك آبگريز پوشانندگي كوپليمر بلوكي روي سطح گرافن افزايش‌‌يافت. علت‌اين امر مربوط به آبگريز بودن بلاك پلي كاپرولاكتان است كه با افزايش طول، باعث افزايش پوشانندگي بر روي سطح آبگريز گرافن شده است. در‌اين كوپليمر، بلاك آبگريز PCL عامل اصلي در بهبود رفتار پوشانندگي است. به منظور پوشينه كردن گرافن، بلوك آب گريز و زيست سازگار PCL به بلاك اوليه پلي اتيلن گلايكول (PEG) با دوازده واحد تكراري جهت ساخت كوپليمر بلوكي و تشكيل مايسل در محيط آبي اضافه شد. از آنجايي كه اضافه كردن بلاك آب¬گريز بر بهبود فرايند پوشانندگي تاثيرگذار است، اثر طول زنجير آب¬گريز بر فرايند پوشانندگي گرافن مورد بررسي قرار گرفت. مطابق نتايج بدست آمده مقدارقدر مطلق انرژي برهم كنش بين گرافن با كوپليمر بلوكي PEG45-PCLM با افزايش M از 12 به 87 افزايش‌‌يافت. از‌اين رو با افزايش طول زنجير بلوك آب¬گريز، فرايند پوشانندگي سطح گرافن بهبود‌‌يافت. در ادامه اثر فشار بر فرايند پوشانندگي كوپليمر بلوكي بر سطح گرافن بررسي شد. نتايج نشان داد با افزايش فشار از 5 به 20 و سپس به 50 بار و افزايش طول بلاك آبگريز به 87 فرايند پوشانندگي به طرز چشم گيري افزايش‌‌يافت. از‌اين رو نتايج تحقيق حاضر مي‌تواند زمينه ساز بررسي آتي بهينه سازي پوشانندگي سطوح كربني توسط كوپليمر‌هاي بلوك و كاربرد آن‌ها به عنوان نانوحامل‌هاي دارويي باشد.

1400/01/14

Molecular dynamics simulation of self-assembly behavior of amphiphilic block copolymers in the presence of nanoparticles

1/19/2022 12:00:00 AM

In this paper, the capability of coating graphene surface with biocompatible and biodegradable block copolymer of polyethylene glycol-polycaprolactan (PEG-PCL) which has a hydrophilic block and a hydrophobic block was investigated by Molecular Dynamics (MD) simulation tool. For this purpose, first the properties and dynamic behavior of PEG45-PCL12 block copolymer with 12 repeating units of hydrophobic block were investigated by molecular dynamics simulation. The simulation results were evaluated in the framework of radial distribution function (RDF), mean square displacement (MSD), density index and energy of graphene and block copolymer interaction, as well as interaction energy of block copolymer and water molecules. According to the simulation results, with increasing the length of the hydrophobic block, the coverage of the block copolymer on the graphene surface increased. This is due to the hydrophobicity of the polycaprolactan block, which increases the coverage on the hydrophobic surface of graphene by increasing its length. In this copolymer, the hydrophobic PCL block is the main factor in improving the overlay behavior. In order to coat graphene, a hydrophobic and biocompatible PCL block was added to the initial block of polyethylene glycol (PEG) with twelve duplicate units to make block copolymer and micelle formation in aqueous medium. Since the addition of hydrophobic block has an effect on improving the coating process, the effect of hydrophobic chain length on the graphene coating process was investigated. According to the results, the absolute amount of interaction energy between graphene and PEG45-PCLM block copolymer increased with increasing M from 12 to 87. Therefore, by increasing the length of the hydrophobic block chain, the graphene surface coating process improved. The effect of pressure on the block copolymer coating process on the graphene surface was investigated. The results showed that by increasing the pressure from 5 to 20 and then to 50 bar and increasing the length of the hydrophobic block to 87, the overlap processes increased significantly. Therefore, the results of the present study can pave the way for future studies on the optimization of carbon surface coverage by block copolymers and their application as pharmaceutical nanocarriers.

شبيه سازي ديناميك مولكولي, گرافن، پوشانندگي، شبيه سازي دانه درشت, كوپليمر بلوكي.

MD simulation, Graphene, coating , CG simulation, Block copolymer.