Sukces naukowca Politechniki Rzeszowskiej w konkursie Narodowego Centrum Nauki

Projekt pt. "Witamina B2 jako skuteczny inicjator, fotoaktywator i zmiatacz tlenu w ekonomicznej i uproszczonej syntezie zaawansowanych materiałów polimerowych technikami ATRP" odpowiada na potrzeby zielonej chemii, której sprzyja zastosowanie rozpowszechnionych w przyrodzie biocząsteczek. - W projekcie zastosowanie znajdzie ryboflawina, znana jako witamina B2, która ma służyć jako uniwersalna i ekonomiczna siła napędowa do syntezy szerokiej gamy polimerów z wykorzystaniem różnych metod ATRP - podkreśla dr hab. inż. Paweł Chmielarz.

Projekt składa się z dwóch głównych koncepcji, z których pierwsza obejmuje wykorzystanie ryboflawiny i modyfikowanej ryboflawiny jako skutecznego fotoaktywatora w powierzchniowo inicjowanej polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomu, eliminując kompleks katalityczny (rib-SI-metal-free-ATRP). Oczekuje się, że zastosowanie metodologii "grafting from" zapewni wgląd w mechanizm polimeryzacji i selektywność inicjacji. - Planowane jest zaprojektowanie specjalnego układu reakcyjnego rib-SI-metal-free-ATRP w objętościach mikrolitrowych w celu uzyskania zaawansowanych materiałów polimerów, takich jak szczotki homopolimerowe, kopolimerowe oraz gradientowe. Taka miniaturyzacja może pomóc w opracowaniu opłacalnej metody syntezy powłok funkcjonalnych, w której do sfunkcjonalizowania 1 cm2 powierzchni nieorganicznej zostanie użyte tylko 10-15 μl mieszaniny reakcyjnej - dodaje Paweł Chmielarz.

Druga koncepcja obejmuje zastosowanie bromowanej ryboflawiny jako amfifilowego inicjatora ATRP, z jednoczesnym wykorzystaniem funkcji niezmodyfikowanego pierścienia izoalloksazynowego w różnorodny sposób. Głównym celem jest zbadanie kinetyki różnych technik ATRP pod kątem syntezy nowych typów funkcjonalnych makrocząsteczek przypominających szczotki polimerowe z rdzeniem ryboflawiny oraz poli(met)akrylanowymi łańcuchami bocznymi. Zdolność do inicjacji polimeryzacji przez bromowaną cząsteczkę ryboflawiny zostanie zweryfikowana przez różne techniki ATRP, jak np. uproszona elektrochemicznie kontrolowana ATRP (seATRP), ATRP kontrolowana ultradźwiękami (sono-ATRP), które charakteryzują się stężeniem kompleksu katalitycznego na poziomie ppm oraz fotoindukowana ATRP bez dodatku kompleksu metalu przejściowego (metal-free ATRP). Głównym celem tej części projektu jest synteza w warunkach dwufazowych z wykorzystaniem miniemulsji jako medium reakcyjnego, polimeryzując jednocześnie monomer hydrofilowy oraz hydrofobowy z amfifilowego inicjatora w obecności powietrza. Ponadto amfifilowy inicjator może pozwolić zredukować lub całkowicie wyeliminować dodatkowy surfaktant z układu reakcyjnego. W technice metal-free ATRP kontrolowanej cząsteczką ryboflawiny, bromowana ryboflawina będzie pełnić jednocześnie funkcję amfifilowego inicjatora i fotoaktywatora, co pozwoli uniknąć stosowania kompleksu metalu przejściowego.

- Projekt pozwoli na stworzenie układu reakcyjnego w miniemulsji zawierającego tylko cząsteczkę o strukturze ryboflawiny, monomery oraz wodę jako rozpuszczalnik do jednoczesnej polimeryzacji dwóch różnych monomerów. Pozwoli to uzyskać polimery o złożonej strukturze, np. cząsteczki obojnacze, wrażliwe na zmiany pH i temperatury w jednej strukturze itp. - twierdzi prof. PRz Paweł Chmielarz, dodając że „pomyślna realizacja projektu ułatwi zrozumienie mechanizmu różnych technik ATRP, w których ryboflawina pełni rolę wielofunkcyjnej cząsteczki do otrzymywania różnych funkcjonalnych materiałów polimerowych będących przedmiotem zainteresowania szerokiego gremium naukowego. Zapewni to łatwą, selektywną, odporną na działanie tlenu i ekonomiczną metodę modyfikacji różnych wielkopowierzchniowych podłoży funkcjonalnymi polimerami, jak i syntezy polimerów o złożonej architekturze".