Złożone materiały kompozytowe posiadające dobrze zdefiniowane

Nr wniosku: 186022, nr raportu: 19284. Kierownik (z rap.): dr Ewelina Zabost
Złożone materiały kompozytowe posiadające dobrze zdefiniowane parametry, które można
kontrolować, i które projektowane są do zadań dedykowanych, to obecnie aktualny trend badawczy
otwierający szereg nowych możliwości badawczych oraz aplikacyjnych. Materiały których jedną ze
składowych są hydrożele wykazują szczególne właściwości. Hydrożele, jako swoista przestrzenna
makromolekuła polimerowa posiadają zdolność do sorpcji w swojej masie ponad 95% (w/w) zawartości
rozpuszczalników. Dzięki tej podstawowej właściwości posiadają cechy dedykowane ciałom stałym
oraz cieczom. W stanie makroskopowym żele zachowują się jak ciała stałe, w których ulegają zjawiskom
mechanicznym, mogą ulegać zmianom sprężystości, kształtu, mogą być modyfikowane, deformowane
oraz magazynować energię mechaniczną. W skali mikroskopowej żele zachowują się jak ciecze, w
których transport małych substancji czynnych, które w sieciach żelowych mogą swobodnie
dyfundować, opisywane są prawami dyfuzji. Inne właściwości hydrożeli to: wysoka odporność fizyczna
oraz chemiczna, duża pojemność sorpcyjna, wysoka elastyczność, biokompatybilność, oraz w
odpowiednich warunkach biodegradowalność. Nadrzędną cechą hydrożeli jest zdolność ulegania
objętościowemu przejściu fazowemu, gdzie w zależności od stanu, hydrożele mogą występować w
formie spęczniałej oraz skurczonej. Podczas zachodzenia tego procesu forma spęczniała wyrzuca
znaczną część rozpuszczalnika, by stać się polimerową formą skurczoną. Proces ten ma charakter
dyskretny, jednak może być modulowany poprzez wprowadzenie dodatkowych molekuł lub
ugrupowań chemicznych do struktury hydrożelu. Zjawisko przejścia fazowego może być indukowane
czynnikami fizycznymi (światło, temperatura, pole magnetyczne, elektryczne), chemicznymi (zmiana
pH, obecność konkretnych jonów bądź związków chemicznych). Na uwagę zasługuje fakt, że również
czynniki biologiczne, począwszy od biomolekuł, mogą wpływać na właściwości materiałów
hydrożelowych. Z reguły większe biomolekuły mogą być w żelach unieruchamiane. Ważną cechą
hydrożelu jest możliwość modyfikacji ich struktury wybranymi ugrupowaniami chemicznymi,
związkami bądź molekułami biologicznymi celem rozszerzenia ich właściwości aplikacyjnych.
Nadrzędnym założeniem niniejszego projektu było zaproponowanie na drodze wybranych rozwiązań
nowych typów złożonych „inteligentnych” wielozadaniowych materiałów, gdzie składowymi będą:
oligonukleotydy, materiały hydrożelowe, wybrane leki oraz nanocząstki. Założono, że materiały te
będą użyteczne funkcjonalnie jako: warstwy detekcyjne, elementy sensorowe, warstwy
przełącznikowe oraz nośniki substancji aktywnych – dla ich bardziej efektywnego wiązania, transportu
oraz kontrolowanego uwalniania w miejscu przeznaczenia. Zaproponowano serię materiałów
kompozytowych opierając się o nowe procedury syntez wg trzech zasadniczych podejść:
a) niekowalencyjne usieciowanie molekuł DNA w hydrożelach, b) kowalencyjne wiązanie wybranych
sekwencji oligonukleotydów do struktury polimeru, c) niekowalencyjne usieciowanie wybranych
sekwencji oligonukleotydów przez fragment białkowy. Badania ukierunkowano na wzajemną
optymalizację właściwości elementów kompozytów. Stworzono kompozyty o wzbogaconych
parametrach fizykochemicznych w porównaniu do ich czystych składowych. Badania były
ukierunkowane na modyfikacje hydrożeli wnoszące: zmianę objętościowego przejścia fazowego
w zadanych warunkach, wprowadzenie elektroaktywności i elektroczułości, w tym zdolność do
skokowych zmian w zadanych warunkach, zdolność do sorpcji i kontrolowanego uwolnienia wybranych
substancji czynnych w zadanych warunkach, biokompatybilność, biodegradowalność, wcelowane
działanie. Wytworzono układy kompozytowe w formie: nanowarstw, mikro- i nanożeli, układów
makroskopowych i nanowłókien. Udało się zaproponować kompozyty o nowych bądź konkurencyjnych
parametrach do opisanych w literaturze oraz zaproponowano rozwiązania pomiarowe które stanowią
alternatywę dla obecnie stosowanych.