Анотація до роботи:

Гвоздовський І.А. УФ-індуковані ефекти у нематичних рідких кристалах з домішками стероїдних біомолекул. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.15 – фізика молекулярних і рідких кристалів. Інститут фізики Національної академії наук України, Київ, 2002.

В дисертаційній роботі вивчалися холестеричні рідкі кристали (РК), індуковані фоточутливими хіральними домішками (ізомерами вітаміну Д та спорідненими сполуками), а також вплив структурної модифікації домішок на величину кроку холестеричної спіралі та її знак. Крім того, вперше досліджено динаміку індукування холестеричної спіралі при розчиненні кристалів стероїдних сполук (0.11мм) у краплині нематичного РК. При цьому виявлено, що процес розчинення супроводжується обертанням кристалів, напрямок якого чітко корелює зі знаком індукованої холестеричної спіралі (обертання за годинниковою стрілкою відповідає її додатному знаку та навпаки).

При УФ опроміненні нематичних РК з домішкою 7-дегідрохолестерину (провітаміну Д, 7-ДГХ) виявлено суттєвий вплив рідкокристалічного середовища на фотоізомеризацію провітаміну Д, який на відміну від ізотропних розчинників, призводить до реалізації специфічного механізму цис-транс ізомеризації превітаміну Д (hula-twist механізму). Крім того, в роботі показано, що дія штучного та сонячного УФ опромінення призводить до збільшення кроку холестеричної спіралі, що спричинене фотоперетвореннями 7-ДГХ. Експериментально отримана лінійна залежність між концентрацією утвореного превітаміну Д in vitro (етанольний розчин) та кількістю зниклих смуг Кано-Гранжана в клиноподібній РК комірці дає змогу її використання для дозиметрії біологічно активної сонячної УФБ радіації.

В дисертаційній роботі описані дослідження орієнтаційних ефектів тонкими плівками (адсорбованими, полімерними та ленгмюрівськими) на основі стероїдів. Монодоменна планарна орієнтація нематичних РК даними плівками отримується внаслідок дії лінійно поляризованого УФ опромінювання. Напрямок осі легкого орієнтування РК збігається з вектором поляризації світла. Виявлено, що адсорбовані молекули 7-ДГХ (та плівки Ленгмюра-Блоджетт на їх основі) забезпечують гомеотропну орієнтацію нематичних РК (із від’ємною та додатною діелектричною анізотропією), яка змінюється на планарну під дією лінійно поляризованого УФ опромінення. Крім того, досліджено S- та B-ефекти для дводоменних РК комірок із планарною та гомеотропною орієнтацією.

Кючові слова: рідкий кристал, індукований холестерик, стероїди, ізомери вітаміну Д, УФБ дозиметрія, фотоорієнтація.

У дисертаційній роботі виявлено та досліджено низку нових ефектів, зумовлених нетрадиційним використанням стероїдних біомолекул у фізиці рідких кристалів як фоточутливих хіральних домішок, так і компонентів фотоорієнтуючих плівок.

Основні результати роботи можуть бути сформульовані так:

1. Виявлено ефект індукування холестеричної фази у двох термотропних нематичних РК (ЖК-805 та ZLI-1695) за допомогою фоточутливих хіральних домішок ізомерів вітаміну Д та споріднених сполук. Встановлено незначний вплив структурної модифікації молекул із “жорстким” стероїдним ядром на величину кроку індукованої холестеричної спіралі в обох РК матрицях (1012мкм) та значну відмінність кроку спіралі (34мкм), індукованої “гнучкою” молекулою вітаміну Д.

2. Виявлено новий ефект обертання голкоподібних кристалів (0.11мм) досліджуваних стероїдних сполук при їх розчиненні у краплині нематичного РК. Визначено чітку кореляцію між напрямком обертання та знаком індукованої холестеричної спіралі (обертання за годинниковою стрілкою відповідає її додатному знаку та навпаки), що дозволяє запропонувати використання виявленого ефекту для експресного методу визначення знаку індукованої холестеричної спіралі.

3. Показано, що під дією штучного та сонячного УФ випромінювання відбувається “розкручування” (збільшення кроку) холестеричної спіралі, що спричинене фотоперетвореннями хіральних стероїдних домішок. Експериментально визначено лінійну кореляцію між концентрацією утвореного превітаміну Д in vitro (етанольний розчин) та кількістю зниклих смуг Кано-Гранжана в клиноподібній РК комірці, що дає змогу її використання для персональної дозиметрії біологічно активної (антирахітичної) сонячної УФБ радіації.

4. Порівняльним аналізом спектральної кінетики фотоізомеризації 7-ДГХ в етанольному розчині та матриці нематичного РК встановлено суттєвий вплив рідкокристалічного середовища на фотоізомеризацію 7-ДГХ, який призводить до реалізації специфічного механізму цис-транс ізомеризації превітаміну Д (hula-twist [14, 15]).

5. Вперше отримано монодоменну планарну орієнтацію нематичних рідких кристалів за допомогою лінійно поляризованого УФ опромінювання полімерних плівок з домішкою фоточутливих молекул провітаміну Д і визначено, що напрямок осі легкого орієнтування РК збігається із вектором поляризації світла. За допомогою методу вимірювання твіст-кута визначено максимальну енергію зчеплення рідкого кристалу із поверхнею композитної плівки W_q = 1.6 10^-6 Дж/м², яка досягається при концентраційному співвідношенні 7-ДГХ:ПММА = 8:1 та УФ експозиції 15хвилин.

6. Встановлено, що шар адсорбованих молекул стероїдів (та плівок Ленгмюра-Блоджетт на їх основі) забезпечує гомеотропну орієнтацію нематичних РК із від’ємною та додатною діелектричною анізотропією, яка може змінюватись на планарну під дією лінійно поляризованого УФ випромінювання під кутом 45⁰. Встановлено температурну стійкість отриманих орієнтуючих плівок при дослідженні багаторазових переходів нематик - ізотропна фаза.

7. Отримано дводоменні РК комірки з високим контрастом на границі розділу опроміненої (планарна орієнтація) та неопроміненої (гомеотропна орієнтація) ділянок та реалізовано керування зворотною переорієнтацією нематичних РК за допомогою постійного електричного поля. Зазначено, що виявлена висока пропускна здатність (до 96%), яка реалізується при малих значеннях постійної електричної напруги (до 4В), може забезпечити високий контраст пікселя у технології дисплеїв.

Публікації автора:

Результати роботи опубліковані в наукових статтях:

1. Dyadyusha A.G., Gvozdovsky I.A., Salkova E.N., Terenetskaya I.P. Development of personal biodosimeter of UV radiation based on vitamin D photosynthesis in nematic liquid crystal matrix // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 1999. - Vol.2.- № 4. -Р.91-95.

2. Gvozdovsky I.A., Terenetskaya I.P. Comparative study of the provitamin D photoisomerization kinetics in ethanol and liquid crystal // J. Functional Materials. - 2000. - Vol.7, № 3. - P.508-512.

3. Terenetskaya I., Gvozdovsky I. Development of personal UV biodosimeter based on vitamin D photosynthesis // Mol. Cryst. Liq. Cryst. – 2001. – Vol.368. – P.551-558.

4. Terenetskaya I., Gvozdovskyy I. Biological activity of solar UV-B radiation: A new biosensor of vitamin D synthetic capacity // Proceeding of SPIE - 2001. - Vol.4425. - P.183-188.

5. Гвоздовский И.А., Теренецкая И.П. Фотоориентация жидких кристаллов с помощью УФ облучения композитной пленки ПММА+провитамин Д₃ // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2002. - № 2. – С.80-83.

та тезах конференцій:

6. Gvozdovskyy I. and Terenetskaya I. Development of personal UVB sensor: detection of previtamin D photosynthesis // Abstracts in Photodermatology Photoimmunology and Photomedicine (Biologic effects of light).- Boston, Massachusetts (USA).- 2001. - Vol.17. № 3. - P.142.

7. Гвоздовский И.А., Теренецкая И.П. Фотоориентация жидких кристаллов с помощью УФ облучения композитной пленки ПММА+провитамин Д // Тезисы докладов IX Нац. конф. по росту кристаллов (НКРК-2000). – Москва: ИК РАН. –2000. - С.182.

8. Гвоздовский И.А., Теренецкая И.П. Возможности применения в УФ дозиметрии нематических ЖК с хиральной добавкой провитамина Д₃ // Тезисы докладов IX Нац. конф. по росту кристаллов (НКРК-2000). – Москва: ИК РАН. –2000. - С.641.

9. Gvozdovskyy I.A., Terenetskaya I.P. Peculiar cis-trans photoisomerization of previtamin D in nematic LC matrix: a supportive evidence for the hula-twist mechanism. // Abstracts book XV International School-Seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”. – Chernihiv (Ukraine). – 2001. - P.200.

10. Gvozdovskyy I.A., Terenetskaya I.P. Comparative Study of Provitamin D Photoisomerization in Solution and Nematic LC Matrix Using UV Absorption Spectroscopy. // Book of abstracts 9 European Confference on Spectroscopy of Biological Molecules. - Prague (Czechia). – 2001. – P.139.

11. Gvozdovskyy I.A. and Terenetskaya I.P. UV-induced Orientational Change of Nematic Liquid Crystalline Molecules Mediated by Photoreactions of Surface Provitamin D₃. // Book of abstracts XX International Conference on Photochemistry. – Moscow (Russia). - 2001. - P. 272–273.

12. Kazantseva Z.I., Bortchagovsky E.G., Gvozdovskyy I.A., Terenetskaya I.P. The liquid crystal orientation using provitamin D thin films: effect of UV irradiation // Book of abstracts VIII European Conference on Organised Films. - Otranto (Italy). – 2001.