METODE AVANSATE DE SINTEZĂ A MATERIALELOR HIBRIDE · și Nanotehnologii, incadrându-se în...

METODE AVANSATE DE SINTEZĂ

A MATERIALELOR HIBRIDE

Programul Operaţional Sectorial „Creşterea Competitivităţii Economice”

Cofi nanţat prin Fondul European de Dezvoltare Regională

METAVASINT

„Investiţii pentru viitorul dumneavoastră”

Membrii echipei

http://www.itim-cj.ro/pos/metavasint/

Prof. dr. JÜRGEN LIEBSCHER Specialist de înaltă competență științi�că

Director de [email protected]

Ec. Dr. Diana NicoarăResponsabil economico—�nanciar

[email protected]. Dumitru Chincișan

Responsabil cu achiziț[email protected]

Dr. Dan Silipaș, CS IIResponsabil cu activităţi de informare

şi publicitate [email protected]

Dr. Cîrcu Monica, [email protected]

Dr. Rodica Paula Turcu, CS ICoordonator științi�[email protected]

Dr. Ioan Ovidiu Pană, CS [email protected]

Dr. Alexandrina Emilia Nan, CS [email protected]

Dr. Izabell Crăciunescu, CS [email protected]

Dr. Maria-Loredana Soran, CS [email protected]

Dr. Crina-Anca Socaci (Cismaş), CS [email protected]

Dr. Zekarias Yacob Fundusa, CS [email protected] Drd. Radoslaw Mrowczynski, CS

[email protected]

Dr. Lidia Măgeruşan, [email protected]

Dr. Alexander Bunge, CS [email protected]

Echipa de managment

Echipa de cercetare

METODE AVANSATE DE SINTEZĂ A MATERIALELOR HIBRIDE

1 |


Proiectul și-a propus dezvoltarea unor metode avansate de sinteză a materialelor hibride nanostructurate cu proprietăți speciale obținute prin combinația dintre nanostructuri magnetice și materiale polimerice, cu potențial aplicativ deosebit. În cadrul proiectului a fost abordat un domeniu de cercetare nou și complex, strâns legat de una dintre ariile tematice de cercetare la nivel european: Nanoștiințe și Nanotehnologii, incadrându-se în tendința actuală de dezvoltare a materialelor funcționale nanostructurate de la scară moleculară până la dispozitive pentru aplicații prin controlul proceselor fizice și chimice și al metodelor de procesare.

Materialele hibride multifuncționale pe bază de polimeri reprezintă materiale avansate care stau la baza dezvoltării unor noi dispozitive şi structuri ce oferă asocierea diferitelor funcţii necesare în aplicaţii. Combinația nanostructurilor magnetice (nanoparticule, nanotuburi magnetice) cu polimeri şi bloc-copolimeri permite obţinerea unor materiale hibride cu proprietăţi noi sinergetice dificil de obţinut cu fiecare dintre materialele componente separat. Materialele hibride prezintă atât interes fundamental contribuind la înţelegerea unor procese şi fenomene fizice noi induse de nanostructură, interacții specifice intermoleculare, efecte de interfaţă, tranziții de fază, cât şi interes aplicativ pentru biotehnologii, biomedicină, depoluarea mediului, stocarea informației, domenii cu tendinţă de dezvoltare explozivă în ultimii ani.

Obiectivul general al proiectului constă în dezvoltarea unor metode şi tehnologii avansate de sinteză a materialelor hibride. Scopul proiectului este obținerea unor materiale avansate cu potenţial aplicativ ridicat care pot fi transferate în economie şi ulterior implementate în producţie.


| 2

1. Dezvoltarea a două metode noi de sinteză a nanostructurilor magnetice de tip metale sau oxizi metalici stabilizate pentru prepararea ulterioară a unor materiale hibride avansate aplicabile în industrie şi biomedicină.

2. Sinteza unor noi compuşi organici, cu scopul grefării unor funcțiuni biologice importante sau a unor molecule cu funcţie de recunoaştere specifică pentru aplicaţii în: depoluarea apelor, organocataliză, biotehnologie.

3. Dezvoltarea unor materiale hibride cu proprietăţi controlate în scopul aplicării acestora în diferite domenii: sănătate, mediu, biotehnologii (biomedicină, industria farmaceutică, biotehnologie, organocataliză, protecția şi depoluarea apelor, etc.).

4. Dezvoltarea a două metode de obținere a nanostructurilor magnetice dispersate în diferite tipuri de matrici anorganice şi polimerice.

5. Creşterea competitivității personalului de cercetare din INCDTIM implicat în proiect şi formarea a 4 noi tineri cercetători în domeniul materialelor hibride avansate.

Obiectivele proiectului au fost atinse printr-o abordare multidisciplinară, care a combinat expertiza personalului de cercetare din diferite domenii ştiințifice: chimie, fizică, ştiința şi ingineria materialelor, nano şi biotehnologii.

Implementarea cu succes a acestui proiect în cadrul INCDTIM Cluj-Napoca a condus la:

(i) obținerea unor rezultate ştiințifice de înalt nivel atât fundamental cât şi aplicativ;

(ii) deschiderea unor noi domenii de cercetare în INCDTIM: biotehnologii, organocataliză, nanomedicină;

(iii) creşterea nivelului de expertiză a personalului existent şi atragerea tinerilor doctoranzi şi postdoctoranzi în activitatea de cercetare în domeniul specific menționat;

(iv) generarea unor rezultate cu aplicații în economie.

Obiectivele specifice:


3 |

POTENȚIALUL APLICATIV

Nanoparticule magnetice funcționalizate cu biomolecule cu potențiale aplicații în medicină și separare magnetică

Materiale hibride magnetice funcționalizate obținute prin ataşarea covalentă a glucozei pe suprafața nanoparticulelor magnetice.

Materiale hibride magnetice funcționalizate cu biotină, derivat de dopamină, obținute prin schimb de liganzi pe suprafața nanoparticulelor magnetice.

Fe3O4

COOH

HOOCHOOC

COOH

COOHCOOH

HOOC

HOOCHOOC

COOH

Ferrofluid

COOH + Fe3O4

EDC, HOBt,DIPEA

O OHOHH2N

OH

HClHO

MNP-1 MNP-2

1

= acid oleic = biotina

Fe3O4+HOHO

HN

S

NHHNO

O

MNP-3 MNP-42

Fe3O4


| 4

HN

O

HNH

H

S

HN

O

MNP-6

= acid oleic

+

MNP-5 si MNP-6

NNN

R

HOO

9

6 si 7

OOAc

OAcOAc

AcO

OMNP-5=

Fe3O4

MNP-3

Fe3O4

17

N

N34

18a - 18b

NN N

N

419a - 19b

CuSO4*5H2ONa-ascorbat H2O / t-BuOH

OOAc

AcOO

AcOAcO

19bO

OAcAcO

O

OAc

OAc19a=


Materiale hibride magnetice funcționalizate cu derivați carboxilici de biotină şi glucoză, obținute prin schimb de liganzi pe suprafața nanoparticulelor.

Materiale hibride magnetice pe bază de magnetită şi polipirol funcționalizat cu unități zaharidice (glucoză şi galactoză).


5 |

CuSO4Na-AscMeOH

HN N

H

O

OS

NHHN

H

H

O

HNdansyl

O N33

20

OFe3O4

POO

O

O

O

O

O

O On

O On L

NNN

LNNN

21: L polar22: L nepolar

HNN

H

O

O S

HNNH

H

H

O

HN dansyl

O3

HNN

H

O

O S

HNNH

H

H

O

HN dansyl

O3

Fe3O4

HN

PPO OOO

OOO

NH

PPO

OOOOOO

HN

P POOOO

OOO

NH

PPO

OOOOOO

NH

O

NH

PPOOOOO

OOHNO

HNO

NH

O

NH

O

O

OO

O

O

O

O

O O

O

APS,H2O, 70 oC, 72 hFe3O4

AF

FA-dimetil

FA-dimetil

litemid-AF

litemid-AF

litemid-AF

FA-dimetil

litemid-AFFA-dimetil

FA-dimetil

O O

NH

O

NH

NO

HN

NH

N N

O

O

O

15


Materiale hibride magnetice pe bază de magnetită şi poliacrilați funcționalizate cu biotină şi agent fluorescent.

Materiale hibride magnetice pe bază de magnetită şi poliacrilați funcționalizate cu biotină şi agent fluorescent.


| 6


NH

+

APS+ Fe3O4

Fe3O4

OOOOO

OO

OOO

OOO

OOHO OOHOHOOHHO

HOHOHOHOHO OHHO

OHOHHO

OHOH

20h, rt.N

NH9

O

NH

O OH

N

NH9

O OH

O

N

NH9

O OH

O

OH

N

NH9

O OHO OH

N

NH9

O OHO

+

APS+20h, rt.

APS+20h, rt.

APS+20h, rt.

APS+20h, rt.

Fe3O4

Fe3O4

Fe3O4

Fe3O4

N

O NH

OHO

N

O

HN

HN

HO O

APS+ Fe3O420h, rt.

+ SPA Fe3O4

20h, rt.

1

2

3

4

5

6

7

N

O NH

O3

O NN N HN

O

NH2

OHO APS+ Fe3O4

20h, rt.8

APS+20h, rt.

N

O NH N

NN

NH2

O OHFe3O4 9

Nanostructuri magnetice pe bază de polipirol funcționalizat cu aminoacizi.


7 |


Nanoparticule magnetice funcționalizate cu potențiale aplicații pentru depoluarea apei rezultate din procesele tehnologice

OHOHO

NH2

O

OHO

HONH2

O

OHO

HO NH2OH

OH

n

MNP-8

Fe3O4

COOH

HOOCHOOC

COOH

COOHCOOH

HOOC

HOOCHOOC

COOH Fe3O4H2N

EDC, HOBt,DIPEA

MNP-1 MNP-7 si MNP-8

8 si 9+

H2N H2N N

HO OOH

OOOH

HCl

MNP-7=

Materiale hibride magnetice funcționalizate obținute prin legarea covalentă a doi liganzi selectivi pentru reținerea ionilor de metale grele.

Fe3O4 +800C / Ar

2 h Fe3O4

OHO

HONH2

O

OHO

HONH2

O

OHO

HONH2

OH

OH

n

OHO

HOOH

O

OH

PO

ONaONa

H2N

H2N MNP-10

H2N N

NH2

NH

N

NH

H2N

N

NHH2N

HN NH2

n

MNP-11 MNP-12

MNP-10, MNP-11 si MNP-12

9,10 si 11MNP-9

=

Materiale hibride magnetice funcționalizate obținute prin absobția fizică a trei liganzi selectivi pentru reținerea ionilor de metale grele.


| 8


Schema de introducere a nanoparticulelor în porii matricelor poroase.

Imaginea suprafeței membranei de Al2O3 cu pori de 40 nm, cu strat barieră conținând nanoparticule de Fe@Au acoperite.

Suspensie de nanoparticule

Membrană Al2O3


9 |


Nanoparticule magnetice funcționalizate cu potențiale aplicații în industria chimică și farmaceutică

= acid oleic

+

= derivat de prolina

O OHN

NN

N

O

O

O

9

MNP-1313MNP-3

Fe3O4 Fe3O4

Boc

CuSO4*5H2O, Na-Asc, TBTA

12

Fe3O4

MNP-14

N3

N3

N3

N3

N3

N3N3

N3

N3

N3

N3

N3

NH

OPh

PhOH

N

OO

OBoc Fe3O4

Fe3O4

CuSO4*5H2O, Na-Asc, TBTA

14

MNP-15

MNP-16

Materiale hibride magnetice funcționalizate cu un derivat de prolină, utilizate ca şi catalizatori în reacții chimice.

Materiale hibride magnetice funcționalizate cu derivați de prolină cu legături triple, obținute prin cicloadiție la suprafața nanoparticulelor cu grupări azidă.


| 10

= acid oleic

+

= chinina

MNP-17MNP-3

Fe3O4Fe3O4

N N

NOHN

HO

N

HO

O

9

16

11

OO N

NN

CuSO4Na-AscMeOH

O

O

NH

OOH

Fe3O4

Fe3O4

+ Fe3O4O

O

O

O

OO

O

O

O N

O O

Boc

N

OO

Boc

N

OO

Boc

N

OO

Boc

NO

OBoc

NO

OBoc

O

NO

OBoc

N

OO

Boc

NO

O Boc

N

OO

BocFe3O4

O

O

O

OO

O

O

O NH

O OH

NH

OOH

NH

OOH

NH

OOH

NHOHO

HNO

OH

O

NHO

OH

HN

OHO

HN

OHO

HN

OHO

TFA

55N

O

O

O

ON3

OO

41 42


Materiale hibride magnetice funcționalizate cu catalizatori, derivați de chinină.

Materiale hibride magnetice pe bază de magnetită şi poliacrilați funcționalizați cu derivați de prolină.


11 |

1. S. Karsten, A. Nan, R. Turcu, J. Liebscher, A New Access to Polypyrrole-Based Functionalized Magnetic Core-Shell Nanoparticles, Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 2012, 50, 3986-3995.

2. R. Mrowczynski, L. Rednic, R. Turcu, J. Liebscher, One-stepligand exchange reaction as an efficient way for functionalization of magnetic nanoparticles, Journal of Nanoparticles Research 2012, 14:985.

3. A. Nan, I. Crăciunescu, R. Turcu, Conducting Polypyrrole Shell as a Promising Covering for Magnetic Nanoparticles, capitol 8 pp.159-182 in Aspects on Fundaments and Applications of Conducting Polymers, INTECH ISBN 979-953-307-696-5, 2012, Editor Artur de Jesus Motheo.

4. Sebastian Karsten, Alexandrina Nan, Jürgen Liebscher, Linking applicatory functions to the 3-position of pyrrole by click chemistry, Arkivoc 2012, (ix) 204-219.

5. Zekarias Yacob, Alexandrina Nan, Jürgen Liebscher, Proline-Functionalized Magnetic Core-Shell Nanoparticles as Efficient and Recyclable Organocatalysts for Aldol Reactions, Adv. Synth. Cat. 2012, 354, 3259-3264.

6. Radoslaw Mrowczynski, Rodica Turcu, Cristian Leostean, Holger A. Scheidt, Jürgen Liebscher, New versatile polydopamine coated functionalized magnetic nanoparticles, Materials Chemistry and Physics 2012, Vol. 138 (1), 295-302.

7. O. Pana, C. Leostean, M.L. Soran, M. Ștefan, S. Macavei, S. Gutoiu, V. Pop, O. Chauvet, Synthesis and characterization of Fe–Pt based multishell magnetic nanoparticles, Journal of Alloys and Compounds 2013, 574, 477-485.

8. Crina Socaci, Miriam Rybka, Lidia Magerusan, Alexandrina Nan, Rodica Turcu, Jürgen Liebscher, Synthesis of magnetite nanoparticles coated with alkyne-containing polyacrylate, Journal of Nanoparticle Research (2013) 15, 1747.

9. Jürgen Liebscher, Radoslaw Mrowczynski, Holger Scheidt, Claudiu Filip, Niculina Hadade, Rodica Turcu, Attila Bende, Sebastian Beck, Structure of polidopamine: A never-Ending Story, Langmuir (2013) 29,10539-10548.

Rezultate

Publicații științifice:


| 12

1. „Aplicarea metodei de coprecipitare în lichid ionic pentru prepararea nanoparticulelor magnetice de tip oxid de fier”, Nr. OSIM A/01357/2010.

2. „Biofuncționalizarea nanoparticulelor magnetice prin atașarea covalentă a glucozei”, Nr. 135/17.01.2012.

3. Metoda de atașare covalentă a monozaharidelor pe suprafețe cu grupări hidroxil”, nr. A/00407 din 27 mai 2013.

Cereri de brevet

LABORATOR

COMUNICĂRI ȘTIINȚIFICE

NOI LOCURI DE MUNCĂ

PUBLICAȚII ȘTIINȚIFICE

METODE

ECHIPAMENTE DE ULTIMĂ GENERAȚIE

PRODUSE

STUDII

BREVETE

CREȘTEREA NIVELULUI DE EXPERTIZĂ

1 3 5 8 9 12 15 16 23 42

Laborator de sinteză organică avansată

Benefi ciar:Institutul Național de Cercetare-Dezvoltarepentru Tehnologii Izotopice și Moleculare

Cluj-Napoca

Proiect cofi nanţat prin Fondul European de Dezvoltare Regională

Perioada de desfășurare 15.08.2010-15.02.2014

Editorul materialului:INCDTIM

Imprimare:Dynamic Design & Advertising

Data publicării materialului

februarie 2014

„Conţinutul acestui material nu reprezintă în mod obligatoriu poziţia ofi cială a Uniunii Europene sau a Guvernului României”

METODE AVANSATE DE SINTEZĂ A MATERIALELOR HIBRIDE · și Nanotehnologii, incadrându-se în...

Documents

Transcript of METODE AVANSATE DE SINTEZĂ A MATERIALELOR HIBRIDE · și Nanotehnologii, incadrându-se în...