Dr Monika Flejszar laureatką nagrody PTChem
Członkini grupy badawczej Chmielarz Research Group dr Monika Flejszar została nagrodzona przez Polskie Towarzystwo Chemiczne w konkursie na wyróżnioną pracę doktorską obronioną w 2023 r. Promotorem pracy był prof. dr hab. inż. Paweł Chmielarz, kierownik Katedry Chemii Fizycznej na Wydziale Chemicznym Politechniki Rzeszowskiej.
O nagrodzie
Nagroda ta jest przyznawana każdego roku za osiągnięcia w dziedzinie chemii i dyscyplin pokrewnych, w tym wyróżniające osiągnięcia naukowe oraz najlepsze wyróżnione prace magisterskie i doktorskie obronione w roku poprzedzającym jej przyznanie. Laureaci nagród PTChem są zobligowani do opublikowania artykułu przeglądowego dotyczącego swojego osiągnięcia naukowego w specjalnym numerze zjazdowym czasopisma „Wiadomości Chemiczne” i wygłoszenia wykładu/komunikatu w sekcji właściwej merytorycznie dla prezentowanej przez laureata nagrody specjalności. Podczas 66. Zjazdu PTChem dr Monika Flejszar przedstawiła prezentację pt. „Nowoczesne koncepcje syntezy funkcjonalnych szczotek polimerowych z wykorzystaniem technik powierzchniowo inicjowanej polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomu (SI-ATRP)” i podsumowała wyniki prac badawczych opisanych w nagrodzonej rozprawie doktorskiej.
Rozprawa doktorska
Promotorem pracy był prof. dr hab. inż. Paweł Chmielarz, a recenzentami byli: prof. dr hab. inż. Krystyna Czaja z Uniwersytetu Opolskiego, prof. dr hab. inż. Zbigniew Florjańczyk z Politechniki Warszawskiej i dr hab. inż. Joanna Ortyl, prof. PK z Politechniki Krakowskiej.
Wyniki eksperymentalne zebrane i opisane w ramach cyklu publikacji stanowiącego podstawę rozprawy doktorskiej M. Flejszar prezentują innowacyjne, inspirowane zasadami „zielonej chemii” koncepcje syntezy szczotek polimerowych szczepionych z powierzchni płaskich z wykorzystaniem polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomu (ATRP) i regeneracją aktywatora, pozwalającą na zmniejszenie stężenia stosowanego kompleksu katalitycznego. Wśród modyfikowanych materiałów wyróżniono substraty nieorganiczne, czyli płytki krzemowe pełniące rolę substratu modelowego oraz powierzchnie organiczne, takie jak arkusze polieteroeteroketonu (PEEK) wykorzystywanego do produkcji implantów kostnych. W efekcie zrealizowanych prac eksperymentalnych zaproponowano wiele rozwiązań pozwalających na przyjazną środowisku, kontrolowaną syntezę funkcjonalnych szczotek polimerowych szczepionych z uprzednio bromowanej powierzchni modyfikowanego substratu. W kontekście szczepienia szczotek polimerowych z nieorganicznej powierzchni płytek krzemowych wykazano, że wprowadzenie inicjatora pomocniczego znacznie przyśpiesza polimeryzację w stosunku do układu inicjowanego tylko z powierzchni nieorganicznej, uzyskując przy tym materiały o charakterystyce hydrofilowej oraz amfifilowej.
Do przełomowych osiągnięć prezentowanych w pracy należy m.in. znacząco uproszczona procedura syntezy pH-czułych szczotek polimerowych uwzględniająca użycie mikrolitrowych objętości mieszaniny reakcyjnej na cm2 funkcjonalizowanej powierzchni oraz możliwość prowadzenia modyfikacji bezpośrednio na stole laboratoryjnym, bez konieczności zapewniania atmosfery beztlenowej. W tym kontekście opracowano metodologię kontrolowanej polimeryzacji rodnikowej, w której rolę czynnika redukującego kompleks zdezaktywowany do aktywatora pełnił wyłącznie monomer. Uniwersalność opracowanej procedury sprawia, że może być ona z powodzeniem stosowana do funkcjonalizacji szerokiego spektrum organicznych i nieorganicznych materiałów zawierających na powierzchni kowalencyjnie przyłączony inicjator ATRP. Nowatorski aspekt prac prowadzonych nad szczepieniem szczotek polimerowych z powierzchni płaskich zakładał nie tylko zastosowanie przyjaznego środowisku rozpuszczalnika (woda lub mieszanina wodno-etanolowa), ale również metody ATRP kontrolowanej czynnikami zewnętrznymi (światło niebieskie) i wewnętrznymi (cukry).
Kolejnym innowacyjnym pomysłem zrealizowanym w ramach rozprawy doktorskiej jest opracowanie koncepcji syntezy gradientowych szczotek polimerowych techniką dyfuzyjnie kontrolowanej SI-seATRP w skali mikrolitrowej, za pomocą uproszczonego, dwuelektrodowego układu reakcyjnego, w atmosferze powietrza. Autorski układ eksperymentalny pozwolił na uzyskanie szczotek gradientowych o wzorze zależnym od kształtu i topografii użytej elektrody pracującej, stwarzając tym samym możliwości projektowania materiałów hybrydowych o szerokim spektrum specjalistycznych zastosowań przemysłowych.
Ponadto, zaproponowano procedurę polimeryzacji monomerów niemieszających się z wodą, wykorzystując miniemulsję wytworzoną z udziałem wina wytrawnego, zawierającego dodatek antyoksydantów (kwasu askorbinowego i ditionianu(III) sodu), które zgodnie z mechanizmem ATRP mogą pełnić rolę wewnętrznego czynnika redukującego, umożliwiając cykliczną regenerację aktywatora. W tym przypadku rolę czynnika redukującego zgodnie z koncepcją ATRP, w której aktywator regenerowany jest w wyniku przeniesienia elektronu i aktywacji pomocniczej (ARGET) pełni kwas askorbinowy, podczas gdy obecne w winie siarczyny uczestniczącą w polimeryzacji zgodnie z mechanizmem ATRP z regeneracją aktywatorów przez przeniesienie elektronu i aktywację pomocniczą (SARA).
Przedstawione przykłady obrazują wybrany zakres materiału, a cały cykl prac stanowi niejako przewodnik po inspirowanych zasadami „zielonej chemii” ścieżkach syntezy materiałów hybrydowych o pożądanych właściwościach fizykochemicznych. Mając na uwadze uproszczenie procedury syntetycznej oraz ograniczenie jej toksyczności, w pracy zaproponowano wiele metod, które z powodzeniem mogą stanowić trwałą alternatywę dla obecnych rozwiązań technologicznych stosowanych w przemyśle tworzyw sztucznych oraz biomedycynie, przykładowo jako inteligentne systemy do uwalniania substancji aktywnych.
