project-aruz

Głównym celem projektu jest teoretyczne zbadanie procesów powstawania złożonych układów makromolekularnych. Wynika to z faktu, że struktura i własności lepko-sprężyste takich układów są wciąż słabo rozpoznane, zwłaszcza, jeśli zawierają polimery silnie rozgałęzione czy też znajdują się w złożonych geometriach. Do tego celu zostały użyte nowoczesne narzędzia obliczeniowe, oparte o symulacje komputerowe metodami Monte Carlo. Badane są układy polimerowe, zawierające makrocząsteczki o złożonej architekturze wewnętrznej (dendrymery, polimery silnie rozgałęzione, polimery gwiaździście rozgałęzione) o różnej sekwencji merów w łańcuchach (kopolimery blokowe, mikto-gwiazdy). Zbadany został wpływ temperatury, składu, gęstości środowiska, dyfuzji, obecności katalizatora itp. na przebieg procesu polimeryzacji. Wyznaczone zostały właściwości statyczne i dynamiczne powstałych układów polimerowych oraz ich potencjalne zastosowanie jako nośniki leków.

Ze względu na olbrzymią ilość parametrów opisujących proces polimeryzacji i mających wpływ na strukturę powstających złożonych układów makromolekularnych istnieje potrzeba użycia odpowiednio uproszczonych modeli tych układów i odpowiednich narzędzi obliczeniowych do wyznaczania ich właściwości. W tym celu zaprojektowane zostały gruboziarniste modele ze zredukowaną reprezentacją makrocząsteczek. Ten typ modeli pozwala na badanie szerokiej klasy obiektów w różnych skalach czasowych, a także na odpowiedzi na podstawowe pytanie o ich właściwości. Jednak nawet tak proste modele nie mogą być rozwiązane dokładnie za pomocą teorii analitycznych, co wymusza użycie symulacji komputerowych. W tym celu zostały przygotowane/dostosowane do badanych zagadnień nowoczesne i wydajne narzędzia obliczeniowe: algorytm ruchów kooperatywnych (CMA – Cooperative Motion Algorithm) i model dynamicznej cieczy sieciowej (DLL – Dynamic Lattice Liquid). Symulacje zostały przeprowadzone z wykorzystaniem dedykowanego symulatora ARUZ (Analizator Rzeczywistych Układów Złożonych), maszynie zaprojektowanej do rozwiązywania tego typu zagadnień, znajdującej się w Łódzkim BioNanoParku. Wyniki symulacji zostały również porównane z badaniami eksperymentalnymi zsyntezowanych materiałów polimerowych z użyciem kontrolowanej polimeryzacji rodnikowej.

Ważnym i bezpośrednim wynikiem realizacji projektu jest teoretyczny opis procesów polimeryzacji i wyznaczenia właściwości statycznych i dynamicznych powstających układów polimerowych. Poznanie szczegółów tych procesów pomoże w projektowaniu nowych materiałów w oparciu o informacje na poziomie mikroskopowym. Znajomość struktury i dynamiki takich układów pozwoli na zbadanie ich przydatności do uwalniania leków, procesu dyfuzji przez membrany (jak np. błony komórkowe), czy ośrodki porowate. Wyniki uzyskane w ramach realizacji projektu będą punktem wyjścia do budowy nowych teorii analitycznych opisujących złożone układy makromolekularne.