Jednym z renomowanych wydziałów Politechniki Krakowskiej jest Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej. Tu powstało Laboratorium Fotochemii Stosowanej prowadzone przez dr hab. inż. Joannę Ortyl. W ciągu kilku lat zespół tego laboratorium opracował długą serię wynalazków związanych z reakcjami fotochemicznymi i ich zastosowaniami.
Fotochemia stosowana jest dziedziną badawczą poznającą sposoby rozpoznawania różnych substancji reagujących na światło widzialne i inne rodzaje promieniowania oraz zmieniających właściwości fizyczne pod wpływem światła. Zespół badawczy wykazał, że praktyczne możliwości wykorzystania tych zjawisk są niezwykle wszechstronne. Ostatnie lata przyniosły też autorom tych wynalazków cały szereg nagród na wielu wystawach, m.in ostatnio na INTARG 2022 w Gliwicach oraz na Korea International Women’s Invention Exposition 2021 i 2022.
Fotoczuła medycyna
Obiecujące wydaje się opracowanie całkowicie nowych, bezpiecznych kompozytów dentystycznych nowej generacji otrzymywanych przez utwardzanie światłem (lampą dentystyczną). Nowe wypełnienia z udziałem unikatowych systemów inicjujących mają wiele zalet w porównaniu z dotychczasowymi komercyjnie stosowanymi plombami: mają lepsze właściwości mechaniczne, mniejszy skurcz polimeryzacyjny, co skutkuje dożywotnią trwałością plomby dentystycznej. Do utwardzania możliwe jest stosowanie zwykłych lamp dentystycznych, dzięki czemu można odejść od szkodliwego promieniowania UV. Nowe wypełnienia stomatologiczne nie ulegają zżółknięciu z upływem czasu.
Najważniejsze zalety fotoutwardzania wynalezionych substancji to: krótki czas utwardzania kompozycji (do kilku sekund); prowadzenie reakcji w temperaturze pokojowej; niskie zużycie energii, precyzja (polimeryzacja tylko w obszarach naświetlanych). Innowacją w wynalazku jest opracowanie monomerów polimeryzujących bez skurczu polimeryzacyjnego.
Znana jest praktyka wprowadzania do żywego organizmu tzw. kontrastu celem wykrywania pewnych schorzeń. Znacznie lepsze od dotychczas stosowanych są nowe fluorescencyjne sensory molekularne jako wielozadaniowe cząsteczki do obrazowania komórek i wykrywania jonów metali.
Wynalazek dotyczy opracowania organicznych barwników fluorescencyjnych, które z powodzeniem nadają się do badań biologicznych z wykorzystaniem mikroskopii fluorescencyjnej lub konfokalnej. Opracowane markery fluorescencyjne wnikają do wnętrza komórek przez błonę komórkową, a także, w sposób selektywny łączą się z określonymi strukturami komórkowymi oraz emitują światło fluorescencji o określonym kolorze (czyli o określonej długości fali), co pozwala na monitorowanie przebiegu procesów chemicznych we wnętrzu komórki in-situ oraz on-line. Zastosowanie więc tych sensorów do obrazowania organelli komórkowych może stanowić przełom w medycynie, przyczyniając się do wczesnej diagnostyki zmian nowotworowych.
Foto-narodziny polimeru
Zjawisko fotopolimeryzacji wykorzystano przy opracowaniu nowych inicjatorów fotokatalitycznych dla fotopolimeryzacji w świetle widzialnym: kationowej, wolnorodnikowej i hybrydowej oraz w efektywnych systemach fotoinicjujących które można skutecznie stosować w zakresie bliskich długości fal uv i widzialnych oraz przy niskim natężeniu światła.
Fotopolimeryzacja monomerów zyskuje coraz większą popularność jako przyjazna dla środowiska, bezpieczna metoda wytwarzania polimerowych powłok ochronnych na różnych powierzchniach. Najważniejszymi cechami polimeryzacji inicjowanej światłem są wydajność i skuteczność układów fotoinicjatorów. Obecnie substancje stosowane w przemyśle w procesach fotopolimeryzacji kationowej absorbują promieniowanie UV o długości fal 220–280 nm, lecz brakuje wydajnych i jednocześnie silnych źródeł światła UV, które emitowałyby w tym zakresie. Jednym ze sposobów usprawnienia procesu jest zastosowanie odpowiednich fotouczulaczy. Substancje dotychczas stosowane mają liczne wady. Przedmiotem wynalazku jest zestaw nowych, wysoce wydajnych układów fotoinicjujących opartych na fotouczulaczach, Nowoopracowane układy stanowią alternatywną metodę zwiększania wydajności inicjowania procesów fotopolimeryzacji w przypadku stosowania jako źródła światła UV średniociśnieniowych lamp rtęciowych lub w przypadku stosowania źródeł światła Vis-LEDs.
Dla przemysłu powłokotwórczego pojawiły się nowe możliwości dzięki nowym fotoinicjatorom. Opracowano więc nowe, wszechstronne systemy fotoinicjujące które dodatkowo wykazują kompatybilność z emisją dostępnych handlowo źródeł światła: diod UV-LED i Vis-LED.
Światło pomoże drukowi 3D
Inny wynalazek przedstawia wiele nowych, wodno-rozpuszczalnych, rodnikowych fotoinicjatorów, które z powodzeniem mogą być zastosowane do otrzymywania funkcjonalnych materiałów hydrożelowych do aplikacji biomedycznych, przy wykorzystaniu technologii addytywnych, a dokładniej druku 3D-VAT (w technologii DLP). Jeszcze inny to „Nowe sensory luminescencyjne do monitorowania postępu fotopolimeryzacji on-line oraz in-situ w trakcie drukowania 3D obiektów porowatych”.
Rozwój techniki monitorowania i kontroli druku 3D funkcjonalnych materiałów porowatych przyczyni się do rozwoju medycyny, przemysłu chemicznego, motoryzacji i aeronautyki.
Wykorzystanie naturalnych związków w branży druku 3D znacznie poszerza potencjalne zastosowania jego produktów. To zainspirowało do opracowania bioodnawialnych epoksydowanych żywic fotoutwardzalnych do zastosowań w druku 3D. Ich biodegradowalność zmniejsza szkodliwy wpływ na środowisko naturalne. W badaniach wykorzystano dwa monomery pochodzenia roślinnego: epoksydowany olej sojowy oraz tlenek limonenu. Otrzymano kompozycje składające się z tioksantonu jako fotosensybilizatora, soli jodonowej oraz różnych kompozycji monomerów pochodzenia roślinnego i monomeru epoksydowego CADE. Uzyskano bardzo wysokie konwersje monomeru tlenku limonenu i niskie konwersje epoksydowanego oleju. Oznacza to, że są one obiecującymi kandydatami do zastosowań w druku 3D.
j
