Katedra Chemii Organicznej, Bioorganicznej i Biotechnologii RCH2

Wyzwanie: Precyzyjne „łowienie” w skali nano

Głównym celem projektu jest rozwiązanie jednego z największych problemów badań nanomateriałów węglowych, a konkretnie nanorurek węglowych, tj. jak w sposób efektywny i selektywny uzyskiwać nanorurki o konkretnej strukturze (chiralności). Wyobraźmy sobie ogromne jezioro pełne różnych, cennych gatunków ryb. Naszym zadaniem jest wyłowienie tylko jednego, konkretnego gatunku, zostawiając pozostałe w nienaruszonym stanie.

W świecie nauki tym “jeziorem” jest mieszanina surowych nanorurek węglowych uzyskiwana w skomercjalizowanym procesie produkcji, a “gatunkami” – różne chiralności o pożądanych właściwościach. Ponieważ nanorurek o konkretnej budowie nie da się łatwo wyhodować w wystarczająco dużej ilości i przy akceptowalnej cenie, musimy je odseparować. A że nie różnią się one od siebie tak bardzo, to proces sortowania nie jest ani prosty, ani tani, ani skalowalny. W ramach projektu SONATA nasz zespół pracuje nad stworzeniem super-precyzyjnych „przynęt” – specjalnie zaprojektowanych polimerów skoniugowanych, które pozwolą wyłowić (wyekstrahować) wyłącznie pożądane typy nanorurek.

Innowacyjna metodyka: Polimery jako selektywne narzędzia

Aby osiągnąć ten cel, kładziemy nacisk na zaawansowaną syntezę chemiczną. Projektujemy polimery o ściśle zdefiniowanych właściwościach makroskopowych, takich jak niska dyspersyjność oraz precyzyjnie kontrolowana masa cząsteczkowa (od małych oligomerów po długie łańcuchy powyżej 100 000 Da).

W ramach projektu rozwijamy różnorodne metody syntezy, aby uzyskać alternatywne struktury łańcuchów głównych polimerów:

• Klasyczna polikondensacja Suzuki (dominującą w literaturze i naszych dotychczasowych badaniach).
• Polikondensacja Yamamoto oparta na katalizatorach niklowych (trudna do kontrolowania ale poszerzająca zakres możliwych do otrzymania mas cząsteczkowych różnych homopolimerów).
• Inne, nowatorskie metody polimeryzacji pozwalające na zmianę kształtu głównego łańcucha.

Zrozumienie zależności między budową polimeru a jego zdolnością do “łowienia” nanorurek pozwoli na racjonalne projektowanie nowych materiałów dla elektroniki przyszłości (m.in. tranzystorów CNTFET, ang. Carbon NanoTube Field Effect Transistors, czy biosensorów).

Zespół i współpraca międzynarodowa

Projekt realizowany jest przez zespół pod kierownictwem dr. inż. Andrzeja Dzieni, przy współpracy i wsparciu Zespołu Functional Nanomaterials Group – kierowanego przez Profesora Dawida Janasa. Kluczową rolę w pracach eksperymentalnych, szczególnie w zakresie syntezy polimerów (głównie polifluorenu i jego kopolimerów), pełni doktorant mgr inż. Paweł Kubica-Cypek.

Badania mają silny charakter międzynarodowy. Współpracujemy z czołowymi ośrodkami badawczymi w Europie: CIC nanoGUNE (Hiszpania) oraz Ruhr Bochum University (Niemcy). Członkowie zespołu będą brać udział w zagranicznych stażach oraz prezentować wyniki na najważniejszych konferencjach naukowych.