УФ-індуковані ефекти у нематичних рідких кристаллах з домішками стероїдних біомолекул

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ

 

Гвоздовський Ігор Анатолійович

 

УДК 532. 783; 548-14;

577. 161. 2;

535. 33/. 34

 

 

Спеціальність 01. 04. 15 – фізика молекулярних і рідких кристалів

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

 

КИЇВ-2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі оптичої квантової електроніки Інституту фізики Національної академії наук України.

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник ТЕРЕНЕЦЬКА Ірина Палладіївна, Інститут фізики НАН України старший науковий співробітник.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор ПІНКЕВИЧ Ігор Павлович Київський національний університет імені Тараса Шевченка завідувач кафедри теоретичної фізики доктор фізико-математичних наук РЄЗНІКОВ Юрій Олександрович Інститут фізики НАН України завідувач відділу фізики кристалів.

Провідна організація: Інститут монокристалів НАН України, відділ молекулярних матеріалів для детектування випромінювання, м. Харків.

Захист дисертації відбудеться “27” червня 2002 р. о 14 год. 30 хв. на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д. 26. 159. 01 при Інституті фізики НАН України (адреса: 03039, Київ-39, проспект Науки, 46).

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту фізики НАН України (адреса: 03039, Київ-39, проспект Науки, 46).

 

 

Актуальність теми. Рідкокристалічний стан речовини притаманний різним типам органічних сполук і характеризується наявністю дальнього орієнтаційного порядку молекул речовини, як це властиво для твердих кристалів, та відсутністю трансляційного порядку центрів мас молекул, як у випадку ізотропних рідин.

На відміну від нематичних та смектичних рідких кристалів (РК) холестеричним РК (холестерикам) властива спіральна структура з періодичним розташуванням молекул. Спіральне упорядкування молекул в холестериках є причиною їх унікальної оптичної властивості – селективного відбивання світла. Внаслідок вказаних особливостей структури холестеричним рідким кристалам властива висока чутливість кроку холестеричної спіралі до найрізноманітніших впливів – температурних, зміни тиску, електромагнітних полів, хімічних домішок, деформації, радіоактивного випромінювання, що дає можливість їх використання для різних типів приймачів, індикаторів та пристроїв відображення інформації. Найбільш перспективними в цьому плані є рідкокристалічні матеріали, в яких холестерична фаза індукована хіральними домішками, тому їх пошуки, синтез та дослідження викликають інтерес науковців і технологів. У той же час можливість наведення холестеричної фази за допомогою природних фоточутливих хіральних молекул класу стероїдів залишалась поза увагою.

Відомо, що рідкі кристали проявляють свої властивості в повній мірі лише тоді, коли їх молекули утворюють монокристалічний шар, і тому дослідження різноманітних методів орієнтації рідких кристалів на твердих поверхнях є цікавими і перспективними як з точки зору фундаментальної фізичної хімії поверхні, так і для практичних цілей, наприклад, в технології виробництва рідкокристалічних пристроїв, зокрема дисплеїв. Останнім часом інтенсивно розвиваються безконтактні методи фотоорієнтації рідких кристалів, зокрема, з використанням фотоізомеризації молекул, нанесених на тверді поверхні. Саме тому вивчення фотоорієнтаційних ефектів, вперше використовуючи фоточутливі стероїди, представляє науковий та практичний інтерес в фізиці рідких кристалів.

В останні роки значну увагу приділяють розробці різноманітних типів УФ біосенсорів, чутливих до біологічно активної УФБ (280-315нм) радіації, що обумовлено зареєстрованим зменшенням товщини озонового шару. Як випливає з літературних даних [1-3], більшість відомих біодозиметрів орієнтована на реєстрацію лише одного типу біологічної активності УФ радіації, а саме – потенційно небезпечної ерітемної активності. Новий метод, запропонований в Інституті фізики НАН України у 90-х роках [4], в основі якого лежить фотоізомеризація провітаміну Д3 (7-дегідрохолестерину, 7-ДГХ), забезпечує реєстрацію “антирахітичної” сонячної УФБ радіації, яка є життєво необхідною для природного синтезу вітаміну Д.

За останні роки в Інституті фізики НАН України накопичено дані з вивчення фотоізомеризації провітаміну Д3 (7-ДГХ) в ізотропних розчинах. Ці дослідження дають підставу для нового застосування сполук, що належать до класу стероїдів, як при наведенні холестеричної фази у нематичних рідких кристалах, прозорих в УФ діапазоні, так і для УФ індукованої фотоорієнтації РК. Крім того, високий квантовий вихід їх фотоперетворень (мономолекулярних фотоізомеризацій), які супроводжуються зміною кроку спіралі внаслідок зміни закручуючої здатності утворюваних фотоізомерів, є основою впливу УФ радіації на оптичні характеристики індукованих холестериків. Тому використання і дослідження природних фотолабільних хіральних біомолекул, спроможних як індукувати орієнтацію, так і наводити холестеричну фазу в нематичних РК, є актуальною задачею, якій присвячена дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в рамках наукових тем: 1. 4. 1. В/40 № Держреєстрації 01198U002138 “Нелінійна лазерна динаміка оптичних вихорів, фоторефрактивних взаємодій та біосистем” (1998-2000) та 1. 4. 1. В/66 № Держреєстрації 0101U000352 “Фізична оптика когерентних світлових полів, що створені за допомогою багатохвильових взаємодій в нелінійних середовищах і біооб’єктах” (2001-2003).

Метою дисертаційної роботи є: (1) дослідження холестеричної фази у нематичних РК, індукованої хіральними біомолекулами класу стероїдів (ізомерів вітаміну Д та споріднених сполук), (2) вивчення впливу УФ випромінювання на їх оптичні властивостивості з метою створення персонального УФ біодозиметра та (3) дослідження фотоорієнтації нематичних рідких кристалів за допомогою вищезгаданих молекул, адсорбованих на твердих поверхнях.

Реалізація поставленої мети вимагала вирішення таких задач:

З’ясувати здатність ізомерів вітаміну Д та споріднених сполук індукувати холестеричну фазу в нематичних рідких кристалах, прозорих