Предисловие ............................ 5
Введение ............................. 7
Глава 1. Идеальная полимерная цепь............... 17
§ 1. Свободно-сочлененная цепь.................. 17
§ 2. Гибкость полимерной цепи.................. 18
§ 3. Размер идеальной полимерной цепи .............. 24
§ 4. Гауссово распределение для идеальной полимерной цепи и
стандартная модель макромолекулы.............. 28
§ 5. Свойства гауссова клубка .................. 34
§ 6. Идеальная цепь как случайное блуждание. Математические
аспекты........................... 40
§ 7. Полимерная цепь в сжимающем внешнем поле. Адсорбция идеальной цепи; простейший фазовый переход типа клубок — глобула 53 § 8. Растяжение идеального полимера внешней силой и действие на
него ориентирующего внешнего поля............. 65
§ 9. Понятие макросостояния для полимерной цепи и формула Лиф-
шица для конформационной энтропии ............. 68
§ 10. Кольцевые и разветвленные макромолекулы ......... 73
§ 11. Топологические ограничения в полимерных системах..... 77
Глава 2. Полимерные цепи с объемным взаимодействием: основные
понятия и методы ................... 86
§ 12. Модели полимерных цепей для описания систем с объемными
взаимодействиями ...................... 86
§ 13. Основные понятия теории объемных взаимодействий в полимерных системах......................... 90
§ 14. Теория возмущений для полимерных клубков с объемными взаимодействиями........................ 101
§ 15. Метод самосогласованного поля................ 106
§ 16. Флуктуационная теория и метод скейлинга.......... 112
Глава 3. Одиночная макромолекула с объемными взаимодействиями 115
§ 17. Набухание полимерного клубка в хорошем растворителе (проблема исключенного объема).................. 115
§ 18. Методы ренормализационной группы и е-разложения в применении к проблеме исключенного объема............ 119
§ 19. Свойства полимерных клубков с исключенным объемом (концепция скейлинга и понятие блоба).............. 124
§ 20. Конденсированное глобулярное состояние длинной линейной
полимерной цепи....................... 134
§ 21. Фазовый переход глобула —клубок.............. 143
§ 22. Более сложные глобулярные структуры и связанные с ними
фазовые переходы....................... 148
Глава 4. Полимерные растворы и расплавы............ 153
§ 23. Основные предварительные сведения и определения...... 153
§ 24. Теория полимерных растворов и расплавов в приближении самосогласованного поля..................... 158
Приложение к § 24. Решеточная теория Флори полимерных растворов и расплавов....................... 168
§ 25. Скейлинговая теория полимерных растворов......... 169
§ 26. Диаграмма состояний полимерного раствора ......... 177
Глава 5. Другие полимерные системы............... 185
§ 27. Смеси полимеров и блок-сополимеры............. 185
§ 28. Жидкокристаллические полимеры............... 188
§ 29. Высокоэластичность полимерных сеток............ 200
Приложение к § 29. О процессах синтеза полимерных сеток .... 210
§ 30. Полиэлектролиты ...................... 211
Глава 6. Динамические свойства полимерных растворов и расплавов 228
§ 31. Модель Рауза: фантомная цепь в неподвижном растворителе . 228 § 32. Модель Зимма: фантомная цепь с гидродинамическим взаимодействием .......................... 239
§ 33. Динамические свойства реальных полимерных клубков .... 246 § 34. Динамика флуктуации концентрации в растворах перепутанных
полимерных клубков ..................... 253
§ 35. Модель рептаций....................... 258
Приложение к § 35. Гель-электрофорез ДНК............ 273
§ 36. Вязкоупругость полимерных расплавов............ 275
Глава 7. Биополимеры...................... 286
§ 37. Основные особенности биологических полимеров ....... 286
§ 38. Первичные структуры биополимеров ............. 292
§ 39. Вторичные структуры биополимеров ............. 297
§ 40. Теория переходов спираль—клубок в одно- и двунитевых гомо-
полимерах........................... 299
§ 41. Теория перехода спираль — клубок в гетерополимерах .... 310
§ 42. Клубковые третичные структуры кольцевых замкнутых ДНК . 319
§ 43. Глобулярные третичные структуры ДНК........... 328
§ 44. Третичные структуры белков................. 330
Список литературы ........................ 339
Предметный указатель........................ 341
ПРЕДИСЛОВИЕ
Статистическая физика макромолекул важна и интересна для представителей многих специальностей—физики твердого тела и конденсированного состояния вещества, химии высокомолекулярных соединений и технологии полимеров, биофизики и молекулярной биологии. Несмотря на крупные научные достижения последних лет, в учебной литературе статистическая физика макромолекул до последнего времени затрагивалась мало. Предлагаемой книгой мы постарались восполнить этот пробел.
Мы не предполагали у читателя предварительного знакомства с полимерными системами. В то же время необходимые для чтения книги знания по физике и математике, как правило, не выходят за рамки обычного вузовского общего курса. Поэтому мы надеемся, что книга может быть полезна не только для будущих специалистов по статистической физике макромолекул, но и для других физиков, химиков и биологов, интересующихся макромолекулами и полимерами.
Поскольку в книге рассматриваются разнообразные полимерные системы и ее могут читать очень разные читатели, то мы постарались обеспечить возможность независимого чтения отдельных разделов. Так, для понимания § 29 о полимерных сетках, § 37—44 о биополимерах и т. п. необходимы лишь очень ограниченные сведения из предшествующего материала, и они легко могут быть найдены по имеющимся в книге ссылкам.
Для облегчения пользования книгой названия пунктов, на которые подразделяются параграфы, оформлены как аннотации или краткие формулировки основных положений и результатов; это призвано также помочь более квалифицированному читателю опускать не интересующие его места.
Те разделы, для чтения которых желательны более специальные знания по физике и (или) математике, отмечены звездочкой, а те места, которые вполне можно опустить при первом чтении, набраны мелким шрифтом.
Для полимеров (как и для других сложных физических систем) типична ситуация, когда наибольший физический интерес представляют не конкретные значения тех или иных величин, а их зависимости от характеризующих систему больших или малых параметров.
