Wykorzystanie cieczy jonowych i rozpuszczalników głęboko eutektycznych w syntezie materiałów inspirowanych procesami biomineralizacji
Popularyzatorski opis rezultatów projektu
Celem projektu było opracowanie nowych, bardziej przyjaznych dla środowiska metod wytwarzania materiałów inspirowanych naturą, w szczególności procesami biomineralizacji, czyli sposobami, w jakie organizmy żywe tworzą kości, muszle czy szkielety. Badania koncentrowały się na wykorzystaniu cieczy jonowych oraz rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) jako alternatywy dla tradycyjnych, często toksycznych i energochłonnych rozpuszczalników stosowanych w chemii materiałowej. W ramach projektu wykazano, że DES i ciecze jonowe mogą być skutecznie stosowane do rozpuszczania i przetwarzania naturalnych biopolimerów, takich jak chityna, kolagen czy lignina. Jest to istotne, ponieważ biopolimery te są trudno przetwarzalne, mimo że są powszechnie dostępne, biodegradowalne i mają ogromny potencjał zastosowań w medycynie, inżynierii materiałowej oraz ochronie środowiska. Przełomowym osiągnięciem było rozpuszczenie sponginy – naturalnego materiału budującego szkielety gąbek – co umożliwiło izolację i szczegółowe badania kolagenu, jednego z kluczowych białek strukturalnych organizmów żywych. Projekt doprowadził również do opracowania bioinspirowanych materiałów hybrydowych, łączących składniki organiczne i nieorganiczne. Przykładem są porowate rusztowania na bazie kolagenu, pokryte fosforanem wapnia, które wykazują potencjał do zastosowań biomedycznych, np. w inżynierii tkanki kostnej. Badano ich strukturę, właściwości mechaniczne oraz możliwe kierunki wykorzystania, co przybliża takie materiały do przyszłych zastosowań praktycznych. Istotnym elementem projektu było także wykorzystanie modelowania komputerowego i sztucznej inteligencji. Dzięki współpracy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zastosowano nowoczesne algorytmy uczenia maszynowego do projektowania nowych rozpuszczalników eutektycznych oraz analizy ich właściwości. Takie podejście pozwala znacząco przyspieszyć odkrywanie nowych materiałów i ograniczyć liczbę kosztownych eksperymentów laboratoryjnych. W trakcie badań osiągnięto również cele dodatkowe, takie jak zastosowanie DES w procesach hydrometalurgicznych czy ocena toksyczności nowych układów rozpuszczalnikowych. Dzięki temu projekt nie tylko poszerzył wiedzę naukową, ale także uwzględnił aspekty bezpieczeństwa i odpowiedzialnego rozwoju technologii. Znaczenie projektu wykracza poza samą chemię. Uzyskane wyniki wspierają rozwój zielonej chemii, zrównoważonych materiałów oraz technologii inspirowanych naturą, które mogą w przyszłości przyczynić się do ochrony środowiska, rozwoju nowoczesnej medycyny oraz bardziej efektywnego wykorzystania surowców naturalnych. Projekt pokazuje, że łączenie chemii, biologii, informatyki i inżynierii materiałowej jest kluczem do rozwiązywania współczesnych wyzwań technologicznych i społecznych.
Projekt SONATA NCN pn. "Wykorzystanie cieczy jonowych i rozpuszczalników głęboko eutektycznych w syntezie materiałów inspirowanych procesami biomineralizacji" finansowany przez Narodowe Centrum Nauki na podstawie decyzji nr DEC-2021/43/D/ST5/00853
Kierownik projektu dr hab. inż. Marcin Wysokowski