Ústav makromolekulární chemie AV ČR
banner

Polymerní částice

Oddělení vyvíjí pravidelné (sférické) polymerní materiály, jako jsou kompozitní částice, kombinující syntetické nebo přírodní polymery a anorganické složky. Naše zaměření se posunulo z chromatografických materiálů k polymerem potaženým anorganickým nanočásticím, které jsou v poslední době velmi žádané. Tyto materiály mají pozoruhodné vlastnosti a jsou schopné reagovat na vnější podněty, jako je magnetické pole nebo světlo. Pomocí magnetu se takové částice snadno oddělují od média obsahujícího různé heterogenní složky. S výhodou se používají v biochemii pro izolaci enzymů, proteinů a buněk, jakož i pro odstranění toxických anorganických iontů z odpadních vod. Magnetické složky (např. magnetit, maghemit, ferity nebo perovskity), jsou zcela zapouzdřeny polymery, aby se zabránilo nepříznivým interakcím s okolním prostředím. Pro účely separace jsou zapotřebí polymerní kompozitní částice obsahující chemické funkční skupiny. Funkcionalizované fotocitlivé částice pak mohou být použity jako značka pro detekci biologických látek v imunoesejích nebo jako zdroj světla o správné vlnové délce při fotodynamické terapii nádorových onemocnění. Zabýváme se také vývojem povrchově modifikovaných magnetických nanočástic pro značení buněk, kontrastních látek pro nukleární magnetickou rezonanci a tří dimenzionálních polymerních podložek pro buněčné kultury.

Oblasti našeho zájmu

• Navrhujeme a charakterizujeme nanočástice na bázi magnetických oxidů (magnetit, maghemit, ferity) a lantanidové světlo konvertující částice (např. NaYF4: Yb, Er), které se vyznačují úzkou distribucí velikostí. K přípravě využíváme nejčastěji koprecipitaci solí ve stechiometrických poměrech v bazickém prostředí nebo tepelný rozklad organických sloučenin vhodných kovů, např. oleát železitý, trifluoroacetát yttritý. Výsledný materiál má výjimečné vlastnosti, které jsou klíčové pro jejich další využití.

Příklad nanočástic připravených srážením železnatých a železitých solí.

Kubické (a) a sférické (b) superparamagnetické nanočástice připravené tepelným rozkladem oleátu železitého

 • Multimodální zobrazování využívá vlastnosti nových superparamagnetických oxidů železa či světlo konvertujících magnetických NaY(Gd)F4:Yb3+ / Er3+(Tm3+) @ NaYF4: Nd3+ s morfologií nanočástic“ jádro-slupka“ excitovatelných při 808 nebo 980 nm. Nanočástice přeměňují nízkoenergetické blízké infračervené záření, které je schopno pronikat hluboko dovnitř živých tkání, na vysoce energetické viditelné světlo. Nanočástice mají nízkou autofluorescenci, rozptyl světla a jsou fotostabilní

Fotodynamická terapie tumoru pomocí ftalocyaninu a světlo-kovertujících nanočástic NaYF4:Yb3+/Er3+@SiO2  studovaná na myším modelu.

 • 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.