Моделирование отклика магнитных микрогелевых частиц различной структуры на приложенное магнитное поле

Аннотация

Модельное описание подробностей отклика магнитополимерных систем на внешние воздействия, часто не доступных при экспериментальном исследовании, является актуальным с точки зрения потенциальных приложений в биомедицине.
В гидрогелях с магнитными включениями - феррогелях - отклик на внешнее магнитное поле имеет комплексный магнитный, структурный и механический характер, определяемый конкуренцией взаимодействий между компонентами, что требует желаемой детализации при выборе метода исследования.
Для учета отклика  методом крупнозернистой молекулярной динамики реализована модель уединенной микрогелевой частицы, содержащей однородно распределенные магнитные наночастицы или организованные в структуры типа "ядро + оболочка".
Предложена процедура сборки и соединения частиц, а также получены значения параметров модели, описывающие типичную для магнитных гелей структуру - сшитую полимерную матрицу-носитель, содержащую значительный объем растворителя и химически встроенные наночастицы.
Продемонстрировано, что варьирование  числа упругих связей между элементами модели и их жесткостей позволяет воспроизводить свойства различных магнитополимерных систем: от слабосшитого прекурсора гидрогеля до жесткой композитной частицы.
Исследовано влияние параметров магнитного наполнителя и характера его пространственного распределения по микрогелевой частице на основное состояние изучаемого объекта в отсутствие внешнего магнитного поля и при намагничивании.
Показано, что неоднородности концентрации магнитных наночастиц в микрогеле в виде магнитного ядра или оболочки способны оказывать влияние на намагниченность, образование кластеров и изменение объема гидрогелевой матрицы.