Układy w nano i mikroskali

Tematyka badawcza grupy Układy w Nano i Mikroskali koncentruje się wokół biomateriałów. Badamy materiały wytworzone na osnowie polimerów, zarówno pochodzenia syntetycznego jak i naturalnego i testujemy możliwość ich potencjalnego zastosowania w medycynie, farmakologii i biologii. Badania właściwości fizykochemicznych takich układów, makromolekuł, kompleksów oraz wielowarstwowych filmów z inkorporowanymi nanocząstkami metalicznymi, tlenkowymi, lub lipidami dają możliwość wytworzenia nowych materiałów o ciekawych i użytecznych właściwościach, intrygujących naukowo, wykorzystywanych w badaniach podstawowych jak i posiadających duży potencjał aplikacyjny.
Do realizacji zaplanowanych zadań wykorzystujemy nowoczesną aparaturę badawczą, a uzyskane wyniki są interpretowane teoretycznie z zastosowaniem zaawansowanych obliczeń numerycznych (metoda Monte Carlo, dynamika molekularna (MD), modelowanie gruboziarniste (corse-grained modeling) oraz metody elementów skończonych (FEM)). Nasze badania realizujemy w oparciu o motto: „Od pojedynczej cząsteczki do inteligentnego materiału”.

Główne kierunki badawcze

• Charakterystyka fizykochemiczna makromolekuł pochodzenia syntetycznego i naturalnego, w szczególności: polipeptydów, polisacharydów i białek (ze szczególnym uwzględnieniem białek specyficznych: m.in.: czynników wzrostu fibroblastów i neurotrofin) w roztworach wodnych, w warunkach fizjologicznych oraz mediach hodowlanych.
• Charakterystyka fizykochemiczna warstw otrzymanych w procesach samoorganizacji cząstek/makromolekuł na powierzchni międzyfazowej ciało stałe/ciecz.
• Określenie mechanizmów osadzania cząsteczek na powierzchniach substratów stałych, ze szczególnym uwzględnieniem oddziaływań międzycząsteczkowych bliskiego i dalekiego zasięgu.
• Transport w układach zdyspergowanych: teoretyczne i eksperymentalne określenie odwracalności procesu adsorpcji cząstek koloidalnych na granicy faz ciało stałe/ciecz.
• Badania struktury i topologii powierzchni modelowych oraz monowarstw i wielowarstw o różnorodnej kompozycji warstw (wielowarstwy makromolekuł, wielowarstwy nanoczastek, wielowarstwy makromolekuł z inkorporowanycmi nanocząstkami itp.).
• Zastosowanie obliczeń Monte Carlo do określania mechanizmów i kinetyki adsorpcji/desorpcji cząstek i makromolekuł na/z powierzchni granicznej ciało stałe/ciecz. Określenie konformacji cząstek i biomolekuł i charakteru ich oddziaływań z powierzchniami substratów.
• Zastosowanie obliczeń MD (dynamika molekularna) do określania właściwości fizykochemicznych makromolekuł w roztworach o różnej polarności.
• Mechanika układów biologicznych w skali nano i mikrometrycznej.

Metodyka badawcza

• Dynamiczne rozpraszanie światła (DLS), dyfrakcja laserowa: określenie rozmiarów cząsteczek zdyspergowanych w rozpuszczalnikach o różnej polarności.
• Elektroforeza z dopplerowską anemometrią laserową: określenie potencjału zeta cząstek/makromolekuł zdyspergowanych w rozpuszczalnikach o różnej polarności w oparciu o pomiary ruchliwości elektroforetycznej.
• Pomiary potencjału przepływu: unikatowa metoda umożliwiająca określenie ładunku (potencjału zeta) powierzchni makroskopowych (mika, krzem/krzemionka itp.) jak i filmów zaadsorbowanych na powierzchniach substratów stałych.
• Metody wiskozymetryczne: pomiary lepkości dynamicznej i kinematycznej.
• Densytometria: pomiary gęstości roztworów koloidalnych.
• Spektroskopia UV-Vis: ilościowe oznaczanie analitów, określenie szybkości reakcji chemicznej.
• Grawimetria: mikrowaga kwarcowa z monitorowaniem dyssypacji energii QCM-D: określenie kinetyki i adsorpcji biomolekuł i nanoczastek.
• Techniki fluorescencyjne: mikroskopia fluorescencyjna, wielodetekcyjny czytnik mikropłytkowy.
• Mikroskopia optyczna: mechanizmy osadzania cząstek i ich oddziaływań z powierzchniami.
• Mikroskopia sił atomowych AFM.
• Modelowanie z zastosowaniem dynamiki molekularnej.
• Opis teoretyczny procesów fizykochemicznych w oparciu o symulacje Monte Carlo, modelowanie wielkoskalowe, równania różniczkowe typu “stiff”.
• Metoda elementów skończonych.