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

Programvezető: Kéki Sándor, egyetemi tanár.

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. 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, mezőgazdasági termékek ragasztására alkalmas ipari ragasztók tervezésével és előállításával; 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.

Kiterjedt kutatásokat folytatunk az intelligens polimer alapú rendszerek, úgymint fényemittáló és alakemlékező tulajdonságú polimerek, illetve kompozitok előállítása és karakterizálása területén. Kék szín emissziójára képes fenilént, fluorént, vagy tiofén, piridin, furán heterociklust tartalmazó homo- vagy különböző kopolimereket állítunk elő polikondenzációs reakciók segítségével. A fluoroforokraalkil, alkoxi, és aromás szubsztituenseket kapcsolva befolyásoljuk a polimerlánc planaritását, az emissziós spektrum alakját, az emissziós maximum helyét, és a polimer oldhatóságát is. Célunk olyan, kék fény emissziójára képes vegyületek előállítása, melyek szerves oldószerekben jól oldódnak, és elasztomer tulajdonságuk révén flexibilis hordozóra felvihetők. Nagy hangsúlyt helyezünk pontosan definiált szerkezetek létrehozására, az alapláncokra biológiai molekulákat (aminosavak, oligoszacharidok) építünk be, miáltal a LEP-ek biológiai hasznosíthatósága is lehetővé válik. Új típusú izoindol tartalmú kopolimereket állítunk elő, melyek közvetlenül fehérjékhez kapcsolhatók, kibővítve alkalmazhatóságukat 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. Egymásbahatoló 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.

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. Célunk új, radioaktív izotóppal jelezhető aminosavszármazékok előállítása és stabilis komplexek kialakítása az orvosi képalkotó diagnosztikában alkalmazott 99mTc, 111In, 67Ga, illetve a terápiás értékű 153Sm, 90Y radionuklidokkal.

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.