Samoorganizowane membrany do separacji
Wyodrębnianie związków składowych z płynów i gazów ma duże znaczenie w wielu dziedzinach, w tym w naukach o środowisku, medycynie, biotechnologii i chemii syntetycznej. Jedną z możliwych metod jest zastosowanie membrany polimerowej o porowatej strukturze i powierzchniowych właściwościach chemicznych dostosowanych do konkretnego zastosowania. Umożliwia to przepuszczanie jednych cząsteczek, a zatrzymywanie innych. Celem finansowanego przez UE projektu Selfmem ("Self-assembled polymer membranes") było opracowanie nowatorskich, ultracienkich membran izoporowatych o kontrolowanej nanostrukturze z wykorzystaniem mechanizmu samoorganizacji kopolimerów blokowych. Badacze dążyli ponadto do wprowadzenia dodatkowych możliwości poprzez końcową obróbkę chemiczną. Docelowe obszary zastosowań obejmowały oczyszczanie wody oraz separację białek i mieszanin gazów (wodoru/dwutlenku węgla) z białkami. Samoorganizacja to ważny proces polegający na formowaniu suprastruktur w wyniku działania różnego rodzaju sił przyciągania i odpychania na poziomie cząsteczkowym i atomowym. Naturalnie występujące struktury samoorganizujące się to między innymi dwuwarstwowa lipidowa błona komórkowa, DNA i trójwymiarowe konformacje białek. Tworzone w ramach projektu Selfmem nowatorskie membrany uzyskiwane w procesie kierowanej samoorganizacji syntetycznych kopolimerów blokowych z roztworu do postaci cienkich błon na różnych podłożach nieorganicznych wykorzystano jako matryce do selektywnego wytrawiania porów. Używając mechanizmu samoorganizacji kopolimerów blokowanych, naukowcy pomyślnie zsyntezowali ultracienkie membrany organiczne (polimerowe) i nieorganiczne (nanoporowate membrany krzemowe — NSiM) o kontrolowanej dużej porowatości i grubościach liczonych w nanometrach. Membrany organiczne są plastyczne, natomiast membrany nieorganiczne pozostają stabilne przy wysokich temperaturach i ciśnieniu. Uzyskane membrany wykazały bardzo obiecujące własności filtracyjne, a końcowe procesy funkcjonalizacji otworzyły drogę dla licznych zastosowań. Dokonano optymalizacji i zwiększenia skali technologii produkcji membran NSiM z płytek krzemowych w skali mikro i nano. Udało się również zintegrować membrany NSiM z funkcjonalnymi modułami strumieniowymi i filtracyjnymi, otwierając potencjał zastosowania w separacji cząsteczek (również biologicznych), ultrafiltracji i wykrywaniu. Zainicjowano badania uzupełniające dotyczące potencjału zastosowań membran izoporowatych w nanotoksykologii, dostarczaniu leków i diagnostyce. Przygotowywane są też cztery zgłoszenia patentowe. Wyniki projektu umożliwiły opublikowanie licznych artykułów w recenzowanych pismach naukowych i zostały wykorzystane w sześciu rozprawach doktorskich. Projekt Selfmem wniósł istotny wkład w poznanie i scharakteryzowanie membran nanoporowatych uzyskiwanych w procesie samoorganizacji kopolimerów blokowych. Wykorzystanie wyników w badaniach i przemyśle w połączeniu z dalszymi pracami rozwojowymi niewątpliwie umocni pozycję UE w tak strategicznych sektorach, jak uzdatnianie wody, biologia molekularna i oczyszczanie gazów.
