Polymerní částice

Výzkum Pracovníci Přístrojové vybavení Publikace

 

Výzkum

 

Tematické zaměření

Oddělení rozvíjí problematiku přípravy pravidelných (sférických) polymerních, resp. kompozitních částic kombinujících syntetický nebo přírodní polymer a anorganickou komponentu. Těžiště zájmu se přesouvá od materiálů pro chromatografické účely na částice magnetické, které jsou velmi žádané. Takové částice se dají snadno oddělovat pomocí magnetu i z prostředí, která obsahují další heterogenní složky. Toho se s výhodou využívá v biochemii pro izolaci zejména enzymů, proteinů a buněk, ale také pro separaci toxických anorganických iontů. Magnetické složky (oxidy železa – magnetit, maghemit, ferrity, perovskit) jsou polymerem dokonale obalené, aby nedocházelo k nežádoucím interakcím. Navíc, pro separační účely je potřeba opatřit polymerní i kompozitní částice funkčními skupinami. Rozvíjí se také vývoj povrchově modifikovaných magnetických nanočástic pro značení buněk a 3-D scaffoldy pro kultivaci buněk.

Oblasti našeho zájmu

 

   • Design, příprava a charakterizace magnetických oxidů (magnetit, maghemit, Cu ferrit) ve formě nanočástic s úzkou distribucí velikosti standardním srážením směsi Fe(III)/M(II) v molárním poměru 2/1 (M: Fe(II), Cu(II), Co(II)) a případně oxidací magnetitu na maghemit a dále tepelným rozkladem acetylacetonátu Fe.

 

Příklad nanočástic připravených srážením železnatých a železitých solí.

 

   • Techniky obalování nanočástic magnetických oxidů s využitím modifikovaných heterogenních polymerizačních technik (suspenzní, disperzní, emulzní, miniemulzní polymerizace nebo polymerizace působením mikrovln či tepelným sol-gel přechodem) pro přípravu magnetických mikročástic. Jako monomery se používají zejména glycidyl-methakrylát, 2-hydroxyethyl-methakrylát, 1-vinyl-2-pyrrolidon, N,N-dimethylakrylamid, N-isopropylakrylamid a N,N-diethyl-akrylamid. Poslední dva monomery poskytují polymery s tepelným přechodem 20–40 °C. Pod touto teplotou jsou částice ve vodě zbotnalé a nad ní se sráží. To se využívá jak pro separační účely, tak i dávkování léčiv, atd.

Magnetické poly(2-hydroxyethyl-methakrylátové) mikročástice a řez jednou částicí dokumentující distribuci magnetického plniva.

 

   • Funkcionalizace polymerních i kompozitních mikro- a nanočástic. Příprava částic s funkčními skupinami polymerizací funkčních monomerů je použitelná jen výjimečně. Častěji provádíme modifikaci polymerních částic obsahující univerzální reaktivní skupiny: epoxidové, hydroxylové a amino.

Schéma magnetické polymerní mikročástice obsahující funkční skupiny.

   • Specifickou podskupinou funkcionalizací částic, kterými se zabýváme, jsou aktivace pro imobilizaci biologicky aktivních látek, jako jsou peptidy, proteiny a protilátky, které vyžadují postupy selektivní a probíhající za podmínek blízkých fyziologickým (teplota místnosti nebo málo vyšší, vodné prostředí a pH 5–9). Zahrnují modifikovanou karbodiimidovou chemii, reakce kyanátů a thiokyanátů, thiol-en, triol-yn a acetylen-azid „click“ chemii. Takovéto mikročástice jsou určeny pro vychytávání v krvi cirkulujících rakovinných buněk při stanovení diagnózy/prognózy onemocnění.

 

   • Magnetické nanočástice pro znační buněk (např. Langerhansovy ostrůvky, lidské mesenchymové kmenové a spinální prekursororové buňky). Takto označené buňky lze transplantovat do poškozené (nemocné) tkáně organizmu a přitom neinvazivně a dlouhodobě monitorovat jejich směrování, migraci, proliferaci, diferenciaci a celkový osud pomocí magneticko-rezonančního zobrazení.

Obrázek znázorňuje lidské kmenové buňky značené povrchově upravenými magnetickými nanočásticemi.

   • Modifikace magnetických nanočástic difosfonáty pro zavedení iontovýměnných, chelatujícících, hydrofilizujících (polyethylenglykol, dihydroxypropyl) a reaktivních skupin (-NH2, -CH=CH2, –C≡CH.

 

   • 3-D scafoldy pro kultivaci kmenových a neurálních buněk pro využití v tkáňovém inženýrství a regenerativní medicíně, např. při hojení poškozené míchy.

 

 

 

 

Ukázka superporézního hydrogelového scafoldu pro kultivaci buněk. Prostupnost scafoldu pro buňky i živiny je testována pomocí 8 µm polystyrénových mikročástic (a-d). Další obrázky dokumentují osídlení buňkami.

BIOpolymerní POstdoktorandská Laboratoř a vzdělávácí centrum  - BIOPOL

Centrum polymerních materiálů a technologií Otty Wichterla - CPMTOW

Centrum biomedicinálních polymerů - CBMP

Centrum polymerních senzorů - CPS

Polymery pro energetiku - EnergoLab


Ústav makromolekulární chemie AV ČR v.v.i.

Heyrovského nám. 2
162 06 Praha 6
tel:+420 296 809 111
fax:+420 296 809 410

Strategie 21