Hlavní směry výzkumu

Makromolekulární věda je vysoce interdisciplinární. Nejlepších výsledků obvykle dosáhne kombinací přístupů z různých vědních oborů a využitím různých experimentálních metod. V Ústavu makromolekulární chemie tu proto pod jednou střechou pracuje přibližně 120 vědců (z toho 40 postdoktorandů) a 40 doktorandů se specializací od syntetické chemie přes fyzikální chemii makromolekulárních systémů po fyziku polymerů a zpracování materiálů na jedné straně a se zaměřením na biochemii a biologii na straně druhé.

Biomakromolekulární systémy

• Polymerní nosiče léčiv. Studium zákonitostí a vztahů mezi strukturou, fyzikálně-chemickými a biologickými vlastnostmi molekulárních a nadmolekulárních systémů, konjugátů skládajících se ze syntetické makromolekuly, makromolekuly přírodní a případně dalších biologicky aktivních molekul, s cílem ověřit možnosti přípravy systémů s cílenými a předem určenými vlastnostmi.
• Polymerní vrstvené systémy pro kontakt s biologickým prostředím. Příprava funkčních umělých objektů postupným skládáním biologických a syntetických makromolekul založená na řízeném využívání mezimolekulárních interakcí tak, aby byly podle předem navrženého složení použitelné jako afinitní vrstvy v biosenzorech a separačních médiích nebo jako vrstvy vhodné pro povlaky umělých povrchů snášenlivé s krví a povlaky stimulující růst buněk a tkání.
• Bioanalogické polymery. Příprava nových polymerů a semisyntetických hybridních makromolekulárních struktur obsahujících motivy biologicky aktivních biopolymerů nebo jejich strukturní analogy a studium jejich role při vytváření specifických interakcí polymerní matrice s biomakromolekulami, buňkami a tkáněmi.
• Polymerní hybridní systémy. Příprava nových multifunkčních mikročásticových a nanočásticových a membránových nosičů pro enzymovou a jinou katalýzu, afinitní a pseudoafinitní chromatografii, separace organických a anorganických látek a pro odstraňování toxických anorganických iontů z vodných i nevodných medií.
• Hydrogely. Příprava a studium vlastností nových hydrogelových systémů s vhodnými povrchovými vlastnostmi pro biomedicinální aplikace závisející na interakci polymer-živá tkáň.

Dynamika a samoorganizace molekulárních a nadmolekulárních polymerních útvarů

• Samoorganizace a nanostrukturní uspořádání makromolekul. Hledání možností řízení samoorganizace molekul v nadmolekulárních soustavách variací vnějších parametrů, jako je teplota, pH, nebo iontová síla a využití řízené samoorganizace v tuhém stavu, v mezofázi, v roztoku a na povrchu pro zlepšení či vytvoření užitných vlastností polymerů, které jsou používány v biomolekulárním inženýrství, transportu léčiv, mikroelektronice, senzorech a membránách.
• Dynamika a molekulární charakterizace makromolekul. Studium dynamiky polymerů v roztocích metodami rozptylu světla, elektronové paramagnetické rezonance (EPR) a NMR v gradientovém poli. Studium procesů makroskopické difúze polymerů a molekul lišících se charakterem i velikostí, včetně molekul významných z biochemického hlediska v polymerních gelech a polymerních roztocích. Zkoumání možností, jak rozšířit využití chromatografických a MALDI metod na analýzy produktů syntézy zejména blokových kopolymerů a funkcionalizovaných polymerů.

Příprava, charakterizace a využití nových polymerních systémů s řízenou strukturou a vlastnostmi

• Polymerizační procesy. Aplikace řízené radikálové polymerizace (ATRP) na modifikaci přírodních polymerů, jmenovitě celulosy, a to jak v heterogenním tak i homogenním prostředí, a využití řízené radikálové polymerizace s účastí stabilních nitroxylových radikálů k syntéze funkcionalizovaných kopolymerních prekurzorů a odvozených blokových kopolymerů, které mohou sloužit jako komponenty supramolekulárních polymerních systémů, membránové materiály nebo kompatibilizátory.
• Polymerní sítě. Výzkum perspektiv vývoje nových typů organicko-anorganických struktur, sítí z prekurzorů s originální molekulární architekturou, kapalně krystalických sítí a „inteligentních“ gelů. Příprava dvousložkových vzájemně se pronikajících sítí hydrofilních polymerů a supramolekulárních struktur obsahujících kapalně krystalické a amorfní oblasti. Ověření nového způsobu přípravy polymerních membrán s lepšími vlastnostmi a funkcemi, nižší cenou a velmi perspektivními aplikacemi pro vodíkové a methanolové palivové články, separaci plynů a ultrafiltraci.
• Optoelektronické jevy. Studium optických, fotofyzikálních, elektrických a optoelektro­nických vlastností polymerů s cílem získat poznatky o mechanismech těchto jevů a nalézt nové jevy využitelné pro aplikace. Experimentální a teoretické studium elektronových jevů v polymerech, zejména elektrické vodivosti, fotovodivosti, generace a transportu nosičů náboje, elektroluminiscence, fotochromie, transistorového jevu a efektů prostorového náboje, se silným důrazem na molekulární charakter procesů.
• Materiálový výzkum. Řízení a modifikace struktury polymerních směsí v průběhu jejich přípravy a zpracování, dispergace nanočástic v polymerní matrici a řízení mechanických a zpracovatelských vlastností nanokompozitů, řízení průběhu krystalizace a síťování semikrystalických polymerů a jejich směsí, možnosti ovlivnění změn struktury polymerních materiálů vnějším prostředím a stabilizací. V oblasti chemie tuhých látek orientace na studium přípravy a fyzikálně-chemických vlastností specifické skupiny materiálů s výrazně duálním charakterem kohezních sil.