Synteza i analiza właściwości sorbentów opartych na magnetycznych molekularnie drukowanych polimerach selektywnie adsorbujących aminy biogenne.

Przedmiotem moich zainteresowań naukowych są polimery ze śladem molekularnym (ang. molecularly imprinted polymers, MIPs). Proces tworzenia MIPs określany jako imprintacja molekularna polega na polimeryzacji monomerów funkcyjnych i czynnika sieciującego w obecności molekuły nazywanej wzorcem. Efektem syntezy jest polimer, który specyficznie i selektywnie wychwytuje wzorzec lub jego analogi strukturalne. MIPs są stabilne chemicznie i termicznie oraz odporne na działanie różnych czynników fizykochemicznych (np. wysokie ciśnienie, różnego rodzaju promieniowanie). Dzięki swoim właściwościom polimery ze śladem molekularnym są stosowane m.in. w metodach analitycznych (juko sorbenty w ekstrakcji do fazy stałej, sensory, wypełnienia kolumn chromatograficznych), jako systemy uwalniające leki, katalizatory w syntezie. W swoich pracach zajmuję się symulacjami układów prepolimeryzacyjnych, polimerów, procesu adsorpcji oraz teoretyczną analizą oddziaływań decydujących o rozpoznaniu molekularnym w układach MIPs. Prowadzę również prace eksperymentalne polegające na syntezie oraz badaniach właściwości MIPs.
Pomimo korzystnych właściwości tradycyjnych MIPs (otrzymywanych metodą polimeryzacji w bloku lub strąceniowej) istnieją ograniczenia w ich zastosowaniu związane z czasochłonną separacją właściwego złoża czy pozostawaniem wzorca w matrycy polimerowej po procesie obróbki. Jednym ze sposobów na pokonanie tych trudności może być otrzymanie magnetycznych molekularnie drukowanych polimerów (ang. magnetic molecularly imprinted polymers, MMIPs). Wyizolowanie ich z mieszaniny reakcyjnej nie wymaga odwirowywania i filtracji i jest łatwiejsze niż w przypadku tradycyjnych polimerów dzięki możliwości użycia zewnętrznego pola magnetycznego. Zewnętrzne pole magnetyczne upraszcza aplikację MMIPs podczas separacji związków oraz jako nośników leków do docelowego miejsca w organizmie.
Niniejszy projekt obejmuje badania wstępne dotyczące otrzymywania i analizy właściwości MMIPs. W ramach projektu mam zamiar otrzymać MMIPs przeznaczane do separacji amin biogennych. W pierwszym etapie wykonana zostanie synteza tlenku żelaza (II) diżelaza (III) (Fe3O4). Następnym krokiem będzie modyfikacja powierzchni cząstek magnetycznych (ang. magnetic nanoparticles, MNPs). W tym celu MNPs zostaną pokryte warstwą SiO2 z zastosowaniem tetraetoksysiloksanu, a następnie sfunkcjonalizowane za pomocą odpowiedniego silanu i ewentualnie surfaktantu. W kolejnym etapie wykonana zostanie synteza odpowiednich polimerów ze śladem molekularnym wybranego wzorca. Jako wzorca użyję NN-ditnetylo-2- fenyloetyloaminy, która jest analogiem strukturalnym aminy biogennej - hordeniny 4-(2-dimetyloaminoetylo)fenolu. Zamierzam otrzymać cztery polimery ze śladem molekularnym z wykorzystaniem różnych monomerów funkcyjnych: kwasu akrylowego, metakrylowego, 4-winylobenzoesowego i itakonowego. Ostatnim procesem będzie usunięcie wzorca poprzez ekstrakcję w aparacie Soxhleta. Część analityczna będzie obejmowała analizę pojemności adsorpcyjnej i powinowactwa otrzymanych polimerów do hordeniny. W analizie właściwości adsorpcyjnych wykorzystam metodę stacjonarną. Do dalszych badań wybiorę jeden polimer, wykazujący najkorzystniejsze właściwości (największe powinowactwo do analitu oraz największą pojemność adsorpcyjną). Wyznaczę parametry fizykochemiczne wybranego polimeru, takie jak: kinetyka adsorpcji, wielkość i powierzchnia ziaren, skład chemiczny, właściwości magnetyczne, wykonam analizę termograwimetryczną. Zoptymalizuję proces adsorpcji badając wpływ pH, temperatury, siły jonowej roztworu na zdolność adsorpcji analitu na imprintowanym polimerze. Zbadam selektywność polimeru w stosunku do różnych związków biogennych (tyraminy, synefryny, oktopaminy, tryptaminy, tyrozyny) oraz zdolność polimeru do adsorpcji hordeniny w próbkach modelowych i biologicznych.
Hardenina została wybrana jako docelowy analit ze względu na to, że według mojej najlepszej wiedzy, nie ma doniesień literaturowych na temat polimerów drukowanych molekularnie do selektywnej adsorpcji tej aminy biogennej. Jednocześnie hordenina wpływa na funkcjonowanie organizmu: stymuluje uwalnianie gastryny, wywołuje inhibicję monoaminooksydazy B, a także hamuje melanogenezę w ludzkich melanocytach. W związku z możliwością jej spożycia w owocach, ziołach i suplementach diety istnieje potrzeba monitorowania jej stężenia we krwi oraz w moczu. Najczęściej opisywaną w literaturze metodą oznaczania ilościowego hordeniny jest HPLC-UV, która wymaga izolowania związku i eliminowania matrycy metodą ekstrakcji do fazy stałej. Niestety dostępne handlowa sorbenty nie spełniają swojej roli w przypadku ekstrakcji hordeniny. Dlatego istnieje konieczność znalezienia selektywnego sorbentu, który pozwoli na prostą i efektywną ekstrakcję analizowanej aminy z próbek złożonych, jednocześnie niwelując wpływ matrycy biologicznej na dalsze ilościowe oznaczenia.
Spodziewanym efektem działania opisanego w projekcie będzie poszerzenie wiedzy na temat MMIPs, związków interferujących oraz procesu imprintacji molekularnej amin. Uzyskany MMIP ułatwi prowadzenie ilościowych oznaczeń hordeniny w próbkach biologicznych. Otrzymane wyniki badań wstępnych pomogą opracować optymalne warunki do otrzymania i analizy MMIPs przeznaczonych do separacji różnych analitów oraz będą pomocne podczas dalszych prac dotyczących otrzymywania postaci leków umożliwiających uwalniane substancji czynnej w określonym miejscu lub organie w organizmie.