Alterbio

Vedoucí pracovního balíčku:

Centrum organické chemie s.r.o.

Další členové pracovního balíčku:

SYNPO, akciová společnost, Univerzita Palackého v Olomouci

Zodpovědná osoba:

Ing. Lubomír Kubáč, Ph.D.

Doba řešení pracovního balíčku:

01/2014 – 12/2017

Popis náplně pracovního balíčku:

Cílem tohoto pracovního balíčku je návrh a příprava (syntéza?) vhodných materiálů, které by bylo možné kovalentně vázat v polymerní struktuře. Materiál bude dále přizpůsoben s ohledem na definované aplikace. Optimalizace struktury materiálu bude provedena v souladu s aplikačními zkouškami. Návrh účinného způsobu syntézy bude zahrnovat jeho přípravu ve skleněném poloprovozním zařízení připraveným v rámci pracovního balíčku WP9. Tento pracovní balíček je rozdělen do čtyř jednotlivých úkolůpokrývající všechny aspekty materiálové syntézy pro požadované cílové aplikace.

Úkol 2.1. Syntéza a optimalizace polymerizovatelných monomerních struktur

Řada antimikrobiálních materiálů má vhodnou reaktivní skupinu, která jim umožňuje kovalentní nebo iontové vazby s polymerním substrátem. Ukotvení těchto antimikrobiálních látek do polymerních nosičů/substrátů je možné dvěma způsoby. Prvním způsobem je přidání antimikrobiální látky jako monomeru během polymerní syntézy. V případě tohoto postupu je nutné najít takové antimikrobiální činidlo, které disponuje vhodnou monomerní skupinou, jako jsou polymerovatelné dvojné vazby, alkoholy a dioly, primární nebo sekundárními aminy a diaminy, aminoalkoholy. Druhý způsob přípravy využívá antimikrobiální látky obsahující vhodnou iontovou skupinu, která umožní jejich ukotvení pomocí iontových vazeb do struktury stávajícího polymeru. Tento přístup je výhodnější z aplikačního hlediska, protože umožňuje mísení základního iontového polymeru s různými iontovými antimikrobiálními činidly. Dále je možné použít polymerní nosiče na bázi akrylátů, polyesterů a polyuretanové pryskyřice s karboxylovými, hydroxylovými, amino nebo izokyanátovými funkčními skupinami. Největší výhodou tohoto kompozitního materiálu je to, že se antimikrobiální činidla vázaná v polymerní struktuře výsledných materiálů neuvolňují ze systému, a proto tento materiál nepředstavuje žádné nebezpečí pro okolí. Další výhodou tohoto kompozitního materiálu na bázi stříbra v polymerní matrici je fakt, že vykazuje dlouhodobou stabilitu při skladování bez ztráty  antibakteriální aktivity.

Úkol 2.2, Syntéza a optimalizace fotoaktivních ftalocyaninů

Fotocitlivé materiály vykazující antimikrobiální vlastnosti jsou závislé na zdroji záření, především na záření o vhodné vlnové délce. Při kontaktu materiálu s fotonem dochází k excitaci elektronu, kdy má materiál během této doby jinou reaktivitu v kontaktu s okolím (zejména s vodou a kyslíkem). Typickým příkladem jsou ftalokyaninové deriváty, které mají tu schopnost, že změní základní stav tripletového kyslíku do excitovaného stavu. Tato forma kyslíku je velmi reaktivní a je schopna zabránit růstu většiny mikroorganismů. Jak bylo zjištěno, singletová forma kyslíku je schopna zničit také některé znečišťující látky. Životnost singletního kyslíku v roztoku je jen několik mikrosekund, a proto jeho oblast účinku je 20 nm od povrchu materiálu funkcionalizovaného vybranými ftalocyaninovými deriváty. Výzkum a vývoj v rámci tohoto projektu bude zaměřen na ftalocyaniny zinku a hliníku. Tyto ftalocyaninové molekuly budou upraveny tak, aby bylo možné je fixovat. V případě, že ftalocyanin bude součástí systému při polymerní reakci, bude molekula modifikována například vinylovou skupinou. Polymerní nosič s kyselou funkční skupinou bude modifikován ftalocyaniny nesoucí aminy, diaminy, aminoalkoholy, amidy nebo hydroxylové skupiny. Podobně platí, že alkalické polymery budou substituovány kyselými skupinami, jako jsou sulfonové, karboxylové nebo fosfonové skupiny.

Úkol 2.3. Syntéza a optimalizace materiálů na bázi Ag pro funkcionalizaci polymerních materiálů

Nanočástice stříbra (AgNPs) jsou široce akceptovány jako jedny z nejúčinnějších anorganických antimikrobiálních činidel s unikátním aplikačním potenciálem. Inkorporace tohoto materiálu na/do substrátu nabízí řešení eliminace potenciálního uvolňování nekotvených AgNPs do životního prostředí, mající vliv i na životnost tohoto antibakteriálního kompozitního materiálu. Stříbro je jedním z „kontaktních materiálů“, a proto jeho aktivní povrch musí být zachován, aby vykazoval antibakteriální aktivitu. Z aplikačního hlediska, lze předejít uvolnění AgNPs kovalentní vazbou do zvolené polymerní matrice. Tyto AgNPs mohou být zachyceny do polymerního substrátu, a to jak přidáním do již existujícího materiálu a jeho kovalentní navázáním prostřednictvím vhodných funkčních skupin, nebo jejich vložením přímo na vhodné funkční skupiny funkcionalizovaného polymerního substrátem.

Úkol 2.4 Vyhodnocení antimikrobiální účinnosti zkoumaných monomerů

U vybraných monomolekulárních materiálů bude zkoumána jejich antimikrobiální aktivita vůči předem určeným bakteriálním kmenům. Nejdůležitějšími parametry pro stanovení antimikrobiální aktivity je singletová produkce kyslíku (její kvantový výtěžek) a antimikrobiální testy. Pro každou sloučeninu bude hodnoceno množství kvantového výtěžku singletového kyslíku a budou provedeny antimikrobiálních zkoušky na vybraných gram-pozitivních a gram-negativních bakteriích a plísních. Na základě výsledků obou měření budou vybrány vhodné deriváty a ty budou použity pro začlenění do polymerní struktury. Začlenění těchto antimikrobiálních látek do polymeru může měnit jejich chování, avšak nejdůležitější podmínkou je jejich antimikrobiální aktivita. Je velmi pravděpodobné, že neúčinné deriváty, po navázání do struktury polymeru, nezvýší jejich aktivitu.