Geri Dön

Dissipative particle dynamics modeling of molecular brushes with responsive core-shell copolymer side chains

Tepkisel çekirdek-kabuk kopolimer yan zincirlerine sahip moleküler fırçaların dağıtıcı parçacık dinamiği modellemesi

PDF İndir

  1. Tez No: 1005517
  2. Yazar: AGNė KILNAITĖ
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ATAKAN MERAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Bioengineering, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Üsküdar Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tez çalışması, yan zincirlerinde duyarlı çekirdek–kabuk kopolimerler bulunan moleküler fırçaların Disipatif Parçacık Dinamiği (DPD) simülasyonları ile hesaplamalı olarak incelenmesini kapsamaktadır. Çalışmada, yapısal parametreler ve çözücü koşullarının bu karmaşık makromoleküler sistemlerin konformasyonel, dinamik ve morfolojik özellikleri üzerindeki etkileri sistematik biçimde değerlendirilmiştir. Omurga uzunluğu (nb = 20, 40, 80, 160 boncuk), yan zincir aşılama yoğunluğu (ns = 1, 2, 4, 8 aralık mesafeleri) ve çözücü afinitesini tanımlayan etkileşim parametreleri değiştirilerek toplam 144 farklı moleküler fırça konfigürasyonu modellenmiştir. Bu sistemlerde polietilen glikol (PEG) omurgasına bağlı, poli(ε-kaprolakton) (PCL) çekirdekleri ve poli-L-laktik asit (PLLA) kabuklarından oluşan çekirdek–kabuk yan zincirleri kullanılmıştır. Çözücü kalitesi, PCL–çözücü (25.0, 40.0, 80.0) ve PLLA–çözücü (25.0, 45.0, 80.0) etkileşimleri üzerinden ayarlanmış; düşük değerler iyi çözücü, yüksek değerler kötü çözücü koşullarını temsil etmiştir. Konformasyonel analizler, omurga uzunluğunun fırça boyutu ve şeklinin en önemli belirleyicisi olduğunu ortaya koymuştur. Uzun omurgalar daha büyük jirasyon yarıçapı, uçtan uca mesafe ve asferiklik değerleri üretmiş, bu da daha uzamış yapıların oluşumuna işaret etmiştir. Aşılama yoğunluğunun etkisi ise daha karmaşık bulunmuş; yoğun aşılamanın uzun omurgalarda zincir uzamasını desteklediği, kısa zincirlerde ise farklı eğilimler gösterdiği belirlenmiştir. Çözücü kalitesi morfoloji üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Kötü çözücü koşullarında (PCL80/PLLA80) çökmüş, izotropik ve boyutça küçülmüş yapılar gözlenirken; iyi çözücülerde (PCL25/PLLA25) genişlemiş ve anizotropik konformasyonlar elde edilmiştir. İyi çözücü koşullarındaki fırçalar, eşdeğer yapısal parametreler için kötü çözücülerdekilerin yaklaşık iki katı jirasyon yarıçapı değerine ulaşmıştır. Dinamik analizler (ortalama karesel yer değiştirme ve difüzyon katsayıları) yapısal gözlemlerden daha karmaşık sonuçlar ortaya koymuştur. Uzun omurgalar, artan boyut ve sürtünme nedeniyle daha yavaş kütle merkezi difüzyonu sergilerken, aynı zamanda daha yüksek iç segmental hareketlilik göstermiştir. Bu durum, büyük fırçaların bütün olarak daha yavaş hareket etmesine rağmen içsel esnekliklerinin arttığını ortaya koymaktadır. Çözücü kalitesi ile dinamik davranış arasındaki ilişki ise yapısal eğilimler kadar öngörülebilir olmamıştır. Morfolojik incelemeler, çözücü koşullarının yapısal yeniden düzenlenmelere yol açtığını göstermiştir. İyi çözücü ortamında fırçalar çubuk benzeri genişlemiş konformasyonlar alırken, kötü çözücü koşulları kompakt ve küresel yapılara neden olmuştur. Özellikle, asimetrik çözücü koşullarında çekirdek–kabuk ters dönüşümleri gözlenmiştir. Kabuk çözünürlüğünün düşük, çekirdek çözünürlüğünün yüksek olduğu sistemlerde (PCL25/PLLA80), hidrofilik çekirdek dışarıya göç ederek çökmüş kabuğu sarmış ve ters yapılar oluşturmuştur. Sonuçlar, yapısal değişkenler ile çözücü–polimer etkileşimlerinin çekirdek–kabuk moleküler fırçaların konformasyonu, dinamik özellikleri ve morfolojik duyarlılığı üzerinde belirleyici olduğunu doğrulamaktadır. Omurga uzunluğu ve çözücü kalitesi temel parametreler olarak öne çıkarken, aşılama yoğunluğu bu faktörlerle birlikte karmaşık etkiler göstermiştir. Elde edilen bulgular, duyarlı polimer malzemelerin rasyonel tasarımına yönelik önemli katkılar sunmaktadır. Çözücü koşullarıyla konformasyon kontrolünün sağlanabilmesi ve çekirdek–kabuk ters dönüşüm kapasitesinin gözlenmesi, çevresel uyarılarla tetiklenebilen ilaç salınım sistemleri için potansiyel uygulamalara işaret etmektedir. Yapı–özellik ilişkilerinin daha iyi anlaşılması, belirli mekanik, yüzey veya taşıma özellikleri gerektiren uygulamalar için moleküler fırça tasarımlarının optimize edilmesine olanak sağlamaktadır. Bu çalışmada elde edilen kapsamlı veri seti ve sistematik yaklaşım ise duyarlı polimer fırça tasarımı ve bunların çeşitli uygulamaları için bir temel oluşturmaktadır.

Özet (Çeviri)

This thesis presents a computational investigation of molecular brushes with responsive core- shell copolymer side chains using Dissipative Particle Dynamics (DPD) simulations. The research systematically examines how architectural parameters, and solvent conditions influence the conformational, dynamic, and morphological properties of these complex macromolecular systems. The study modeled 144 different molecular brush configurations by varying backbone length (nb = 20, 40, 80, 160 beads), side chain grafting density (ns = 1, 2, 4, 8 spacing intervals), and solvent affinity through interaction parameters. The molecular brushes featured a polyethylene glycol (PEG) backbone with core-shell side chains composed of polycaprolactone (PCL) cores and poly-L-lactic acid (PLLA) shells. Solvent quality was systematically tuned by adjusting PCL-solvent interactions (25.0, 40.0, 80.0) and PLLA- solvent interactions (25.0, 45.0, 80.0), where lower values represented good solvent conditions and higher values indicated poor solvent quality. The conformational analysis revealed that backbone length emerged as the most significant architectural factor determining brush size and shape. Longer backbones consistently produced larger radius of gyration values, greater end-to-end distances, and higher asphericity, indicating more elongated structures. This trend remained consistent across all solvent conditions. Grafting density effects proved more complex, with dense grafting promoting backbone extension in longer brushes while showing different patterns in shorter systems. Solvent affinity demonstrated profound effects on brush morphology. Poor solvent conditions (PCL80/PLLA80) resulted in collapsed, isotropic structures with significantly reduced dimensions, while good solvents (PCL25/PLLA25) promoted expanded, anisotropic conformations. Brushes in good solvents exhibited radius of gyration values nearly twice those observed in poor solvents for equivalent architectural parameters. Dynamic behavior analysis through mean squared displacement and diffusion coefficients revealed more complex patterns than structural properties. Longer backbones typically resulted in slower center-of-mass diffusion due to increased size and friction but exhibited enhanced internal segmental mobility. This suggests that while larger brushes move more slowly as complete entities, they possess greater internal flexibility. The relationship between solvent quality and dynamics proved non-monotonic and less predictable than structural effects. Visual morphological analysis provided crucial insights into solvent- induced structural rearrangements. Under good solvent conditions, brushes adopted rod-like, expanded conformations, while poor solvent conditions drove brushes into compact, spherical morphologies. Most significantly, the study revealed core-shell inversion phenomena under asymmetric solvent conditions. When shell solubility was poor while core affinity remained favorable (PCL25/PLLA80), the hydrophilic core migrated outward to shield the collapsed shell, creating inverted architectures. The research validates the hypothesis that architectural variations and solvent-polymer interactions significantly influence structural conformation, dynamic behavior, and morphological responsiveness of core-shell molecular brushes. Backbone length and solvent quality emerged as primary determinants, while grafting density effects showed complex interdependencies with these factors. These findings have important implications for rational design of responsive polymer materials. The demonstrated ability to control brush conformation through solvent conditions, combined with the observed core- shell inversion capability, suggests potential applications in drug delivery systems where controlled release could be triggered by environmental changes. The enhanced understanding of structure-property relationships provides guidance for optimizing molecular brush architectures for specific applications requiring tailored mechanical, surface, or transport properties. The comprehensive dataset and systematic approach established in this work provide a foundation for advancing the field of responsive polymer brush design and application.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    750495

    Poliüretan tabanlı polimer kaplamaların arayüz etkileşimleri: Çok ölçekli moleküler simülasyon çalışması

    Interface interactions of polyurethane-based polymer coatings: A multi-scale molecular simulation study

    DENİZ KIZILKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    BiyomühendislikTrakya Üniversitesi

    Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖKHAN KAÇAR

  2. Tez No

    389491

    Designed-in molecular interactions and cross-linking interface for superior nanocomposites: A multi-scale insight

    Moleküler etkileşimlerin ve çapraz bağlanmış arayüzün üstün nanokompozit malzemeler için tasarımı:Bir çok-boyutlu anlayış

    ELİF ÖZDEN YENİGÜN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Polimer Bilim ve TeknolojisiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MELİH PAPİLA

  3. Tez No

    886924

    MRNA yüklü iyonize edilebilen katyonik lipitler ile oluşturulan lipozomal nanoyapıların DPD yöntemi ile simülasyonu

    Simulation of liposomal nanostructures formed with ionizable cationic lipids loaded with mRNA using the DPD method

    BUKET YOLDAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Bilim ve TeknolojiTrakya Üniversitesi

    Biyoteknoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖKHAN KAÇAR

  4. Tez No

    635360

    Multiscale modelling of squid inspired tandem repeat proteins

    Akdeniz kalamarından esinlenilmiş tekrar eden proteinlerın çok ölçekli modellenmesi

    OĞUZHAN ÇOLAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANAN ATILGAN

  5. Tez No

    300126

    Multi-scale study of the dynamics of self-organizing molecular systems

    Kendi kendine örgütlenen moleküler sistemlerin dinamiğinin çok-ölçekli incelenmesi

    GÖKHAN KAÇAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    DR. ALİMET SEMA ÖZEN

    PROF. DR. CANAN ATILGAN

Geri Dön