Narodowe Centrum Badań
i Rozwoju

  Tytuł projektu

Badania nad hybrydowymi membranami i warstwami wielofunkcyjnymi nanoszonymi na metale i stopy dla ochrony zdrowia i środowiska

  Nazwa Beneficjenta/Beneficjentów

Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie 

  Nazwa programu

Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój

  Konkurs

Interdyscyplinarne Programy Studiów Doktoranckich - Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej" (FCB)

  Wartość projektu

10 123 883,00 zł na 75 osób 

  Wartość dofinansowania

134 895 zł na jedną osobę   

  Okres realizacji projektu

od 1.09.2017 r. do 31.08.2022 r. (przedłużony do 31.10.2023)

  Tytuł rozprawy doktorskiej

Badania nad hybrydowymi membranami i warstwami wielofunkcyjnymi nanoszonymi na metale i stopy dla ochrony zdrowia i środowiska

Poznajcie nasz zespół

 

prof. dr hab. Aleksandra Wesełucha-Birczyńska (UJ)

prof. dr hab. inż. Marta Błażewicz (AGH)

Zobacz efekt naszej pracy

• Przeprowadzono badania spektroskopowe (główne narzędzie badawcze - spektroskopia ramanowska i stosowane w tym aspekcie zaawansowane metody analityczne m.in. dwuwymiarowa metoda korelacyjna 2D – 2D-COS) w zakresie charakterystyki nanoform węgla (grafen, nanorurka węglowa, nanowłókno węglowe, przed i po funkcjonalizacji oksydacyjnej).
• Przeprowadzono badania spektroskopowe powłok i polimerowych membran kompozytowych wytworzonych z udziałem nanostruktur węglowych – materiałów o możliwościach aplikacyjnych w ochronie zdrowia  i środowiska. Oceny kompletu badanych materiałów (53 różnych nanostruktur) dokonano zarówno w obszarze szeroko pojętej charakterystyki strukturalnej, a także opisu ich interakcji z białkami i komórkami w warunkach in vitro. Udowodniono wysoką użyteczność spektroskopii ramanowskiej jako metody stosowanej do charakterystyki materiałów pod kątem ich właściwości inżynieryjnych, chemicznych oraz biologicznych. 
• Testowane nanokompozyty kolejno poddano testom biologicznym – proliferacji komórek osteoblasto-podobnych U-2 OS in vitro. Zastosowano tę samą metodę badawczą - mikro-spektroskopię ramanowską - do analizy złożonego układu i oddziaływania w obszarze międzyfazowym. Badanie to stanowi propozycję metody wczesnej oceny bioaktywności materiałów nanokompozytowych - poprzez wykorzystanie techniki dwuwymiarowej spektroskopii korelacyjnej 2D. Metoda dwuwymiarowej spektroskopii korelacyjnej 2D-COS wykorzystuje zaawansowany aparat matematyczny i pozwala identyfikować wczesne zmiany pojawiające się na granicy faz złożonego układu pomiędzy komórką a biomateriałem już w pierwszym tygodniu hodowli komórkowej na powierzchni membran. Okazuje się, że ta metoda detekcji w wielu przypadkach znacznie wyprzedza obserwację zróżnicowania ocenianego standardowo poprzez mikroskopię fluorescencyjną. Jest to więc unikatowy sposób wykorzystania techniki spektroskopii ramanowskiej w badaniach aktywności biologicznej materiałów. 

Jaki problem rozwiązuje nasz projekt?

Celem projektu było zweryfikowanie możliwości wykorzystania analiz spektroskopowych, a w szczególności spektroskopii ramanowskiej, w uzyskaniu charakterystyki nanostruktur  węglowych oraz powłok i membran wytworzonych z ich udziałem.  Nanostruktury węglowe to materiały o unikatowych właściwościach fizykochemicznych, które znajdują zastosowanie zarówno w ochronie środowiska, jak i w medycynie. Nanostruktury węglowe, jak grafen, nanorurka węglowa, nanowłókno węglowe, stanowią przedmiot modyfikacji, realizowany w procesie funkcjonalizacji nanocząstek węglowych, ale mogą być również modyfikatorem innych tworzyw, w tym syntetycznych materiałów polimerowych. Projekt obejmował badania złożonego, dynamicznego układu, jaki tworzyły: powierzchnia, adsorbujące do niej białko, a wreszcie adherująca komórka, metodą spektroskopii ramanowskiej.  Tak analizowany układ pozwalał na właściwą ocenę bioaktywności przygotowanych nanomateriałów. Punktem wyjścia było określenie zmiany krystaliczności, uporządkowania i zdefektowania nanocząstek węgla. Następnie badano materiały  nanokompozytowe, zmiany krystaliczności matrycy polimerowej przy wprowadzeniu do niej nanododatków węglowych i także sposób ich oddziaływania z matrycą. Analiza materiałów nanokompozytowych rozwiązała zagadnienia zjawisk zachodzących na granicy faz: matrycy polimerowej i nanostruktury węglowej. Układ ten rozbudowano o kolejną fazę, z która do interakcji był zaprojektowany, tj. środowisko białek i komórek w warunkach in vitro. Porównawczo podjęto w pracy badania nad nanocząstkami magnetycznymi, i zbudowanymi z nich jako nanododatkami, nanomateriałami polimerowymi. Nanocząstki magnetyczne są współcześnie ważne w zastosowaniach dla potrzeb zdrowia i także ochrony środowiska. Zaplanowano więc przedstawione porównanie, aby rozpoznać i rozwiązać specyfikę właściwości tych dwóch typów nanocząstek .

Kto korzysta/skorzysta z wyników projektu?

Osiągnięcia naukowe projektu oferują szeroką gamę wyników umożliwiających przede wszystkim poszerzenie wiedzy dotyczącej nowej klasy materiałów. Stosowano nanododatki węglowe otrzymywane w warunkach takich jak w produkcji masowej, ale dogłębnie je rozpoznano. Na bazie tak określonych nanostruktur węglowych wyprodukowano nanomateriały. Ten sposób podejścia wydaje się być atrakcyjny dla nauki i przemysłu w dziedzinach chemicznych, biologicznych i inżynieryjnych. Dodatkowo wskazano sposoby syntezy materiałów nanokompozytowych oraz, co szczególnie godne uwagi, unikalne metody ich charakterystyki, przede wszystkim w aspekcie bioaktywności materiałów.