Stworzą inteligentny materiał do czujników medycznych

Zespół chemików i inżynierów materiałowych z Politechniki Gdańskiej i Uniwersytetu Gdańskiego – dwóch z trzech uczelni wchodzących w skład Związku Uczelni Fahrenheita – pod kierownictwem prof. Jacka Ryla z Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej PG pracuje nad stworzeniem inteligentnego materiału kompozytowego z wykorzystaniem diamentu do produkcji czujników elektrochemicznych na bazie druku 3D (FDM). Naukowcy liczą, że w dalszej perspektywie umożliwi to m.in. drukowanie tanich, biodegradowalnych czujników do diagnostyki medycznej przez lekarzy czy nawet samych pacjentów, stwarzając nowe możliwości diagnostyczne chorób cywilizacyjnych.

Dr hab. inż. Jacek Ryl, prof. uczelni z Instytutu Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej WTiMS (wcześniej pracował na Wydziale Chemicznym) otrzymał blisko 2 mln zł z Narodowego Centrum Nauki w konkursie SONATA BIS 10 na realizację projektu pn. „Technologia addytywnego wytwarzania elektroaktywnych przestrzennych struktur z kompozytów polilaktydu wzmacnianego diamentem”.

Celem badań jest opracowanie nowego węglowego materiału kompozytowego, który będzie można wykorzystać w elektrochemii stosowanej do konstrukcji – za pomocą techniki druku 3D – matryc elektrod oraz cel przepływowych, wykorzystywanych jako proste czujniki elektrochemiczne różnych związków organicznych (w pierwszej kolejności będą to substancje wykorzystywane jako leki przeciwzapalne, antybiotyki oraz neuroprzekaźniki).

– Jako pierwsi na świecie do kompozytu, który budujemy jako związek elektroaktywny chcemy dodać nanocząstki diamentu domieszkowanego borem, rozszerzając tym samym spektrum zastosowań tego jednego z najlepszych materiałów elektrodowych w sensoryce – mówi prof. Jacek Ryl, kierownik projektu.

Jak zapowiada naukowiec, nowej klasy materiał, dzięki któremu będzie można wytwarzać czujniki i przetworniki o skomplikowanych kształtach, będzie nietoksyczny (biokompatybilny) i biodegradowalny, co pozwoli na łatwą utylizację, szczególnie istotną np. przy jednorazowej diagnostyce medycznej. Niższy ma być też koszt jego produkcji niż np. elektrod ze złota czy wyłącznie z diamentu.

Materiał, który powstanie będzie jednocześnie posiadał cechy inteligentnego materiału 4D, a więc takiego, którego własności lub kształt będzie można modyfikować odpowiednio zmieniając warunki środowiskowe.

– Nasz materiał kompozytowy będzie w określony sposób modyfikował swoje właściwości – w tym przypadku kształt i własności elektryczne. Będziemy badać, czy ulegnie on degradacji np. przy określonym bodźcu zewnętrznym, czy też na skutek starzenia się materiału ­– tłumaczy prof. Ryl.

Zgodnie z założeniami projektu, umożliwiłoby to m.in. wykorzystanie materiału do kontrolowanego uwalniania leku np. bezpośrednio w organizmie pacjenta.

– W materiał będzie można zaszyć w jakiś sposób – ten aspekt będzie wymagał osobnych badań – np. leki i umieścić w organizmie lub innym miejscu, oczekując, że po pewnym czasie lub na określony bodziec te leki będą uwalniane – dodaje prof. Ryl.

Naukowcy liczą też, że w dalszej perspektywie czasowej dzięki ich badaniom będzie można zaproponować możliwość samodzielnego drukowania czujników do diagnostyki medycznej przez personel medyczny czy nawet samych pacjentów, przy czym wykonane analizy elektrochemiczne miałyby być interpretowane w oparciu o urządzenia mobilne.

Współpraca uczelni tworzących Związek Uczelni Fahrenheita

Trzyletni projekt realizowany będzie w konsorcjum z Wydziałem Chemii Uniwersytetu Gdańskiego. Liderem projektu po stronie UG będzie dr Paweł Niedziałkowski z Katedry Chemii Analitycznej. Za stronę związaną z wiedzą z zakresu technologii polimerów będzie odpowiedzialny dr inż. Krzysztof Formela z Katedry Technologii Polimerów Wydziału Chemicznego PG.

Naukowcy obu uczelni wchodzących w skład Związku Uczelni Fahrenheita (do Związku oprócz PG i UG należy jeszcze Gdański Uniwersytet Medyczny) współpracują w dziedzinie sensoryki elektrochemicznej i syntezy organicznej także przy innych projektach. W ramach konkursu NCN - OPUS zespół prof. Ryla, we współpracy z naukowcami z UG, realizuje projekt pn. „Elektochemiczny Au-Minecraft: nowe podejście do budowy systemów biosensoryki impredancyjnej”, który jest nakierowany na problemy związane z detekcją skomplikowanych związków organicznych na drodze elektrochemicznej.

Prof. Ryl uczestniczy też w projektach, w których badana jest możliwość detekcji związków enzymatycznych czy nici DNA, co może znaleźć zastosowanie w kryminalistyce czy diagnostyce chorób genetycznych.