Makromolekuláris és felületi kémia doktori program (K4) | Kémiai Tudományok Doktori Iskola

Programvezető: Dr. Kéki Sándor, egyetemi tanár.

A programban résztvevő oktatók:

• Bányai István
• Kéki Sándor
• Kéri Mónika
• Kuki Ákos
• M. Nagy Noémi
• Nagy Lajos
• Czifrák Katalin
• Nagy Tibor
• Novák Levente
• Szűcs Zoltán
• Vajda Nóra
• Zsuga Miklós
• Lázár István

Kutatási témák:

Tervezett tulajdonságú polimerek és kopolimerek szintézise. Fényemittáló és alakemlékező polimerek előállítása. Természetes és szintetikus polimerek jellemzése lágyionizációs tömegspektrometriával. Határfelületi reakciók vizsgálata agyagásványokon radioindikációval. Makromolekulás kolloidok és fém-komplexeik. Aerogélek és aerogél-nanokompozitok szintézise és vizsgálata. Nagy- és kisfelbontású NMR alkalmazása porózus anyagok és gélek és szolok vizsgálatára. 

A Doktori Program leírása

Kutatási témáink magukba foglalják új funkcionális-, homo- és kopolimerek előállítását és polimeranalóg reakciókkal történő átalakítását, továbbá tervezett szegmenshosszú, lineáris és csillag-alakú amfifilikuskopolimerek és polimer-hálózatok előállítását, a fázisszeparáció transzmissziós elektron mikroszkópos, különböző oldószerekben pedig fényszórás-fotometriával való vizsgálatát. A program során a hallgatók az élő kationos polimerizáció tanulmányozásakor elsajátíthatják a dry-box technika alapjait. A zöld kémiát szem előtt tartva foglalkozunk: biológiailag részben lebontható, új termoplasztikus anyagok szintézisével; reciklált poliuretánok felhasználásával, kenőolaj és kenőolajadalék tulajdonságú szintetikus makromolekuláris szénhidrogének előállításával és vizsgálatával; biopolimerek szintézisével. A gyógyászathoz kapcsolódó témáink: nyújtott hatású és irányított hatóanyagleadású gyógyszerformák kialakítása és a kioldódás vizsgálata; az így kialakított gyógyszerformák mikro- és makroszerkezetének,a membránok viselkedésének, a diffúziós és ozmotikus viszonyok tanulmányozása; PAMAM dendrimerekoldatbeli szerkezetének és dinamikájának vizsgálata irányított és késleltetett hatóanyag-leadás szempontjából; rosszul oldódó hatóanyagok biohasznosíthatóságának növelése; az eddig ismert módszerek mellett az oldékonyság javításának új lehetősége polimerek és hatóanyagok extrudálásával; a keletkező „szilárd oldatokban” a dermedés után kialakuló molekuláris diszperz rendszerek vizsgálata. További kutatási területeink: Aerogélek és aerogél-nanokompozitok szintézise és vizsgálata, különös tekintettel a kémiai, műszaki, optikai és orvosbiológia felhasználásokra. Új makrociklusos komplexképzők szintézise és vizsgálata. 

Kiterjedt kutatásokat folytatunk továbbá az intelligens polimer alapú rendszerek, úgymint fényemittáló és alakemlékező tulajdonságú vegyületek, polimerek, illetve kompozitok előállítása és karakterizálása területén. Célunk olyan anyagok előállítása, melyek különböző polaritású oldószerekben különböző hullámhosszúságú fényt emittálnak, azaz szolvatokróm hatással rendelkeznek. Ezt a tulajdonságot használhatjuk a mikrokörnyezet (pl. biológiai), polaritásának meghatározására, illetve alkalmazhatóságuk kibővíthetők a molekuláris detektálás területére is. Az alakemlékező polimerek területén témáink: poliuretán alapú kémiailag térhálósított alakmemória di és triblokk-kopolimerek előállítása. Rugalmas blokként, jól definiált, élő polimerizációval előállított funkcionális poliizobutilént és/vagy polietilén oxidot építünk be. A térhálós rendszerek mechanikai vizsgálata. Lehetőségek keresése biológiai felhasználásra és kompozitképzésre. Egymásba hatoló egyik fázisában térhálós (semi-IPN) rendszerek alakemlékező képességének vizsgálata, pl. poliuretán/epoxi (PU/EP) alapúak; erősítőanyagok bevitele a visszaalakulás során fellepő erő növelése érdekében.

Analitikai jellegű kutatásaink természetes és szintetikus polimerek modern lágyionizációs tömegsprektrometriás módszerekkel történő karakterizálására irányulnak. Polimerek/kopolimerek tulajdonságai és szerkezete közötti összefüggések feltárása mesterséges intelligencia alkalmazásával.

A makromolekulás kolloidokkal kapcsolatos kutatások főbb célkitűzései a következők: poliaminosav típusú polimerek előállítása és funkcionalizálása részleges hidrófobizálása a harmadlagos struktúra módosítása céljából; a keletkezett ligandumok jellemzése és oldatbeli szerkezetének vizsgálata multinukleáris és multidimenziós NMR spektroszkópia segítségével; a makromolekulás ligandumok fémkomplexeinek oldatbeli egyensúlyai, szerkezete és dinamikája; a fémkomplexek alkalmazási lehetőségei környezetvédelmi, katalitikus és gyógyászati szempontból.

A határfelületi reakciók témakörben elsősorban radioindikációs módszerrel vizsgáljuk a növények számára fontos mikroelemek, környezetszennyező kationok, illetve radioaktív szennyező ionok megkötődését agyagásványok felületén. Tanulmányozzuk az agyagásványok felületén lejátszódó katalitikus reakciók mechanizmusát. 

Az oldatfázisú NMR spektroszkópia három ága alkalmas szilárd anyagok gélek és szolok vizsgálatára. NMR krioporozimetria segítségével mind lágy mind kemény porózus anyagok pórusmérete meghatározható, ha az 100 nm-nél kisebb. Doktori hallgatóink makromolekulás kolloidok duzzadását, szén nanorészecskék és szénalapú gélek pórusméretét tanulmányozhatják ezzel a technikával. Az NMR diffúziometria nagyobb pórusméretek és pórusszerkezetek vizsgálatának egyik fontos eszköze. Hallgatóink megismerhetik ezen keresztül a szilárd anyagok és gélek szerkezetének és adszorpciós viselkedésének egy-egy aspektusát. A kis- és nagyfelbontású NMR relaxometria alkalmas kolloidok méretének és dinamikájának vizsgálatára. A jelentkező doktori hallgatók szén nanorészecskéket, és polimerek híg oldatait jellemezhetik ezzel a módszerrel. Itt új távlatokat jelent a kvadrupólus NMR magok (23Na, 17O) bevonása.

A doktori iskolában lehetőség nyílik a jövőben szilárdfázisú NMR tanulására is. A szükséges hardver kiépítése megtörtént. Megkezdődnek a kísérletek a módszer bevonására is a program kínálatába.