Separace a transport makromolekul

Výzkum Pracovníci Přístrojové vybavení Publikace

 

Výzkum

Co nám po jméně? Co růží zvem,
i s jiným jménem vonělo by stejně sladce.
Shakespeare: Romeo a Julie, Akt II
 

Polymerní vědci musí často řešit přesně opačný problém než Shakespearova Julie – mnohé „vůně“ se skrývají pod jedním názvem. I když se monomer, ze kterého je polymer vyroben a jeho název odvozen, skládá z totožných molekul mohou se tyto spojovat mnoha různými způsoby v závislosti na reakčním mechanismu a podmínkách. Vlastnosti výsledného polymeru závisí silně na způsobu, jak jsou monomerní jednotky pospojovány ve výsledném polymeru, obzvláště na počtu pospojovaných jednotek, tj. na molekulové váze.
    Nejen, že existují vzorky daného polymeru, např. polystyrenu, s různou molekulovou vahou a tedy odlišnými vlastnostmi (rozličné „vůně“ pod stejným jménem), ale v jednom vzorku nacházíme makromolekuly s různou molekulovou vahou. Pravděpodobnost, že ve vzorku nalezneme molekulu s určitou molekulovou vahou je funkcí molekulové váhy. Funkce je charakteristická pro daný vzorek – každý vzorek má svou distribuci molekulových vah.
    V mnoha případech průměrná molekulová váha získaná standardními metodami jako jsou měření osmotického tlaku nebo rozptylu světla špatně vysvětluje vlastnosti a chování polymerních systémů, pokud jsou tyto silně ovlivněny přítomností nízko- nebo vysokomolekulární složky. To zvláště platí pokud je roztok polymeru v kontaktu s polopropustnou membránou, jak tomu bývá v mnoha průmyslově či biologicky významných procesech (např. glomerulární filtrace).


   

 

V oddělení jsou zkoumány různé jevy, při kterých jsou makromolekuly separovány na základě svých specifických vlastností, většinou přímo nebo nepřímou souvisejících s molekulovou vahou. Metody stanovení distribuce molekulových vah založené na těchto procesech jsou rozměrově vylučovací chromatografie zvaná též gelově permeační chromatografie (GPC), frakcionace tokem v asymetrickém tokovém poli (A4F) a MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie (MALDI-TOF MS). V GPC jsou makromolekuly roztříděny podle svých rozměrů během toku kolonou naplněnou pórovitým gelem. Malé molekuly zabloudí častěji a hlouběji do pórů, a proto opouštějí kolonu v pozdějším čase než molekuly větší. Při A4F se uplatňuje několik rozličných separačních mechanismů. Základní lze popsat následovně. Tenkým kanálem proudí rozpouštědlo s parabolickým rozdělením rychlostí napříč toku. Druhotný tok, kolmý na hlavní, žene rozpuštěné makromolekuly do stojatých vrstev u polopropustné membrány na dně kanálu, avšak proti němu působí difúze. Menší molekuly s větším difúzním koeficientem se častěji dostanou do rychle proudících vrstev vzdálenějších od membrány a jsou tak vyplavovány dříve. Separační mechanismus jak GPC tak A4F třídí molekuly podle rozměrů, k převedení výsledků na molekulovou váhu je proto nutná kalibrace. Druhou možností je použití vhodného průtokového detektoru k analýze molekulové váhy vysokomolekulární složky roztoku opouštějícího kolonu resp. kanál. Při MS jsou nabité částice separovány v elektrickém poli podle poměru jejich molekulové váhy a náboje, jak vyplývá z kombinace Newtonova a Coulombova zákona. MS je tak přinejmenším v principu absolutní metodou k určení molekulové váhy.
    Oddělení se zabývá jak teoretickým rozvojem uvedených metod tak jejich aplikací na praktické problémy, především ty související s projekty řešenými v ústavu. Studovanými objekty jsou nejen syntetické polymery ale i jejich konjugáty s biologicky aktivní složkou a rozličné nadmolekulární útvary, pokud jsou tyto stabilní za podmínek separace. Příkladem mohou být nanočástice založené na polyelektrolytových komplexech DNA, konjugáty poly(ethylenglykolu) s aktivními peptidy, pseudopolyrotaxany cyklodextrinů a syntetických polymerů, hřebenovité kopolymery polystyrenu a poly(terc-butyl methakrylátu), polyanilíny atd.
    Podobným způsobem oddělení zajišťuje a aplikuje i další analytické metody jako elementární analýzu nebo plynovou chromatografii v kombinaci s hmotnostní spektrometrií.

 

 

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