Dr inż. Izabela Zaborniak została kierownikiem grantu badawczego finansowanego w ramach konkursu PRELUDIUM 19 przez Narodowe Centrum Nauki. Opiekę naukową nad realizacją projektu będzie sprawował dr hab. inż. Paweł Chmielarz, prof. PRz z Katedry Chemii Fizycznej Wydziału Chemicznego. Wartość projektu „Synteza szczotek polimerowych w oparciu o strukturę trokserutyny metodami ATRP ze zredukowaną ilością katalizatora” to 209 999 zł.

Celem realizowanego projektu badawczego jest optymalizacja syntezy nowatorskich szczoteczek polimerowych reagujących na bodźce zewnętrzne za pomocą techniki polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomu (ATRP) opartej na ciągłej regeneracji kompleksu katalizatora, począwszy od metody z regeneracją aktywatorów w wyniku przeniesienia elektronu i aktywacją pomocniczą (SARA) ATRP z metaliczną miedzią w roli czynnika redukującego prowadzoną w środowisku organicznym, przechodząc do bardziej przyjaznego środowisku medium reakcyjnego – miniemulsji z zastosowaniem techniki z regeneracją aktywatorów wskutek przeniesienia elektronu z dodatkowo wprowadzonego czynnika redukującego (ARGET) ATRP oraz z regeneracją kompleksu katalitycznego za sprawą bodźców zewnętrznych – indukowaną ultradźwiękami ATRP (sono-ATRP), w której pod wpływem działania fal ultradźwiękowych w środowisku wodnym powstają rodniki hydroksylowe będące czynnikiem prowadzącym do regeneracji aktywatora, bez konieczności wprowadzania jakiegokolwiek dodatkowego związku chemicznego. To czyni tę technikę wyjątkowo czystą w kontekście do aktualnego stanu wiedzy w zakresie ATRP ze zredukowaną ilością katalizatora.

„Jednym z istotnych aspektów projektu jest analiza kinetyki elektrochemicznego procesu katalitycznego (EC’) podczas redukcji katalizatora w obecności otrzymanego makroinicjatora ATRP o strukturze bromowanej trokserutyny oraz szczegółowe poznanie mechanizmu i kinetyki ATRP, wyznaczając stałe szybkości poszczególnych reakcji cząstkowych, oraz badanie struktury chemicznej uzyskanych szczotek polimerowych” – mówi dr inż. Izabela Zaborniak. W powiązaniu z innowacyjnością uzyskanych biopolimerów i dostarczeniem nowych informacji związanych z mechanizmem i kinetyką przeprowadzonych reakcji realizacja tego projektu z pewnością wpłynie na rozwój ważnej dziedziny naukowej, jaką jest chemia polimerów i biopolimerów, będąca częścią domeny badań naukowych ST – Nauki Ścisłe i Techniczne.

„Ciekawym aspektem projektu jest również badanie właściwości uzyskanych materiałów pod kątem zastosowań w roli inteligentnych materiałów. Założono, że uzyskane szczotki polimerowe z rdzeniem trokserutyny będą zapewniać kontrolę przepływu substancji w związku z wrażliwością na zmiany pH powiązaną bezpośrednio z obecnością anionowych segmentów oraz kationowych łańcuchów bocznych. Dodatkowym atutem jest nieimmunogenność, nietoksyczność i biokompatybilność proponowanych makrocząsteczek, co niewątpliwie pozwala na potencjalne zastosowanie w medycynie jako wrażliwe na bodźce nośniki leków. Biorąc pod uwagę działanie osłaniające trokserutyny wobec ścian naczyń krwionośnych, zmodyfikowanie niniejszej struktury może poprawić jej właściwości lub być nośnikiem dla tej struktury” – zaznacza dr hab. inż. Paweł Chmielarz, prof. PRz.

„Koncepcja ATRP stanowi jedną z wszechstronnie stosowanych metod polimeryzacji rodnikowej z odwracalną dezaktywacją (RDRP). Istotą ATRP jest uzyskanie równowagi między propagującymi rodnikami o niskim stężeniu a przeważającą ilością nieaktywnych łańcuchów polimerowych. W porównaniu do konwencjonalnej polimeryzacji wolnorodnikowej etap generowania rodników jest odwracalny i opiera się na dynamicznym mechanizmie redoks. Dlatego polimery i biopolimery wytwarzane techniką ATRP w porównaniu do makrocząsteczek uzyskiwanych z zastosowaniem polimeryzacji wolnorodnikowej charakteryzują się wąskim rozrzutem mas cząsteczkowych (MWD) i kontrolą nad ich masami cząsteczkowymi (MW). Metoda ta umożliwia lokalne wbudowanie grup funkcyjnych i syntezę dobrze zdefiniowanych hybrydowych kompozytów” – podkreśla dr inż. I. Zaborniak. Technika ta miała istotny wpływ na rozwój różnych dziedzin biotechnologii, głównie ze względu na jej szerokie zastosowanie w przygotowywaniu biomateriałów, których kluczowymi elementami składowymi są polimery. Zastosowanie ATRP umożliwia kontrolowanie topologii związków wielkocząsteczkowych i uzyskiwanie różnych struktur, od łańcuchów liniowych, gwiazd, struktur cyklicznych, grzebieni i szczotek, aż po regularne sieci polimerowe. Stosuje się ją również do wytwarzania polimerów o kontrolowanym składzie, np. kopolimerów blokowych, szczepionych, gradientowych i naprzemiennych.

„W prezentowanym projekcie zastosowanie znajdą przede wszystkim techniki ATRP charakteryzujące się niskim stężeniem kompleksu katalitycznego. Wadą początkowo opracowanego „normalnego” ATRP była konieczność stosowania stosunkowo wysokiego stężenia katalizatora, w związku z tym wymagane było intensywne oczyszczanie końcowych produktów polimeryzacji, co generowało dodatkowe koszty procesowe. Problem ten został rozwiązany przez opracowanie nowych metod ATRP opartych na regeneracji aktywatora, które znacznie redukują stężenia katalizatora, do 100 ppm lub mniej, a zatem są to procesy zarówno przyjazne środowisku, jak i ekonomiczne” – mówi dr inż. Izabela Zaborniak.

(ip)