Centrum Bio-nanomateriałów IPPT PAN, WIM PW, IWC PAN

Centrum Bio-nanomateriałów jest projektem utworzonym przez Instytut Wysokich Ciśnień PAN (IWC PAN), Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN (IPPT PAN) oraz Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej (WIM PW).

Centrum Bio – nanomateriałów jest  interdyscyplinarnym centrum, w którym kompetencje z zakresu  materiałów, nano-materiałów, mechaniki, biofizyki, biochemii, zostaną skrzyżowane z obecnymi na miejscu  silnymi kompetencjami z zakresu medycyny doświadczalnej, biomedycyny, biotechnologii i chemii molekularnej.

Celem projektu jest:

• Utworzenie Zintegrowanego Centrum Bio – nanomateriałów skupiającego laboratoria partnerów projektu  zaangażowane w zastosowanie zaawansowanych materiałów i nanotechnologii w medycynie w szczególności do  regeneracji tkanek.
• Zastosowanie najnowszych osiągnięć ultrasonografii, metod modelowania interakcji struktur tkankowych z  biomateriałami i sygnałami fizycznymi, metod badania i modelowania mikroprzepływów oraz osiągnięć  nanotechnologii dla wsparcia działań badawczo-rozwojowych i wdrożeniowych CePT.
• Rozwój biomateriałów i nanomedycyny zgodnie ze Strategicznymi Obszarami Badawczymi Europejskiej  Platformy Technologicznej Nanomedycyny oraz Polskiej Platformy Nanotechnologii.

Centrum Bio – nanomateriałów skupia w swojej strukturze następujące laboratoria:

• Laboratorium Modelowania i Obrazowania w Biomechanice (IPPT)
• Laboratorium Wytwarzania i Charakteryzowania Biomateriałów (WIM)
• Laboratorium Nanostrukur dla Fotoniki i Diagnostyki Medycznej (IWC)

Dwa pierwsze z tych laboratoriów są zlokalizowane na terenie Kampusu Ochota, w budynku Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN i zajmują powierzchnię ok. 500 m2. Trzecie z  wymienionych laboratoriów znajduje się w budynku Instytutu Wysokich Ciśnień PAN, przy Al. Prymasa Tysiąclecia i zajmuje powierzchnię ok. 900 m2.

Laboratorium Nanostruktur (IWC PAN)

Laboratorium Nanostruktur prowadzi badania nanocząstek od blisko 20 lat, w tym od 6 lat nanomateriałów dla medycyny regeneracyjnej. Zespół opracował technologię syntezy nanohydroksyapatytu o właściwościach analogicznych do właściwości naturalnego budulca kości ludzkiej, indukującego namnażanie komórek, resorbowalnego i biozgodnego. Materiał ten został zarejestrowany pod nazwą handlową GoHAP™.

Laboratorium posiada patent na technologię ultradźwiękowego pokrywania implantów ortopedycznych nanocząstkami hydroksyapatytu.  Technologia ultradźwiękowa jest skuteczna również w nanoszeniu antybakteryjnych nanocząstek ZnO i Ag na tkaniny i iplanty medyczne.

Najważniejsze specjalności laboratorium to:

• Synteza nanocząstek.
• Charakteryzacja nanomateriałów.
• Zastosowania medyczne nanotechnologii.

Syntezy nanocząstek

Laboratorium posiada unikalne w skali światowej  mikrofalowe, ciśnieniowe reaktory chemiczne typu MSS (Microwave Solvothermal Synthesis). Zostały one opracowane we współpracy z Instytutem Technologii Eksploatacji –PIB w Radomiu i firmą Ertec –Poland z Wrocławia. Mikrofalowa synteza solwotermalna polega na nagrzewaniu przy pomocy mikrofal ciekłej mieszaniny reakcyjnej zamkniętej w komorze wysokociśnieniowej. Technologia jest przyjazna dla środowiska. Zastosowane przez nas rozwiązania pozwalają na syntezę nanoproszków o najwyższej jakości: czystych, jednorodnych fazowo, o założonej morfologii i wielkości cząstek. Reaktor MSS-2 otrzymał złoty medal na Międzynarodowych Targach Poznańskich w roku 2011., w kategorii INNOWACJE-TCHNOLOGIE-MASZYNY POLSKA.

Zakupiony dzięki projektowi CePT najnowocześniejszy sprzęt wraz z aparaturą, którą dysponowało laboratorium, pozwalają na produkcję nanoproszków zgodnie ze zróżnicowanymi wymogami klientów, ich charakteryzację zgodną z najnowszym stanem wiedzy, interpretację wyników i dostarczenie wszystkich tych danych jednostkom naukowym lub przemysłowym firmom w krótkim czasie

Charakteryzacja nanomateriałów

Laboratorium posiada park aparaturowy pozwalający na wykonanie kompleksowej charakterystyki morfologiczno-strukturalnej nanocząstek, oraz ich właściwości fizyko-chemicznych. W laboratorium przeprowadzane są analizy morfologii, rozmiaru nanocząstek, składu fazowego, gęstości szkieletowej, powierzchni właściwej, właściwości zawiesin nanocząstek, takich jak: napięcie powierzchniowe, stabilność i aglomeracja oraz potencjał zeta.

Ponadto, w ramach projektu CePT, w kwietniu 2012 roku, Laboratorium uzyskało akredytację nr AB1503 udzieloną przez Polskie Centrum Akredytacji dla systemu zarządzania wg normy PN-EN ISO/IEC 17025 „Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących”, odnoszącą się do metod pomiaru kluczowych właściwości nanomateriałów.

Uzyskana akredytacja Nr AB 1503 oznacza: uznanie naszych kompetencji przez niezależnych ekspertów, gwarancję prawidłowych procedur pomiarowych, przeprowadzenie szczegółowych analiz niepewności pomiarów jak i ich dokładności, prowadzenie wymaganej normą dokumentacji oraz zachowanie spójności pomiarowej. Zarówno wszechstronność badań nanomateriałów, jak i duża liczba metod certyfikowanych, sytuują nasze Laboratorium w pozycji unikalnej nie tylko w skali Polski, ale i Europy.

Laboratorium Nanostruktur oferuje następujące usługi badawcze:

• Analiza rozkładu wielkości nanocząstek w roztworach koloidalnych i zawiesinach metodą DLS (Dynamic Light Scattering) Zetasizer NanoZS firmy Malvern – metoda akredytowana.
• Analiza rozkładu wielkości nanocząstek w roztworach koloidalnych i zawiesinach metodą NTA (Nanosight Tracking Analysis), wizualizacja i śledzenie cząstek w zawiesinie; Nanosight NS500 firmy Malvern –  metoda akredytowana.
• Pomiar potencjału zeta metoda LDE (Laser Doppler Electrophoresis) Zetasizer NanoZS firmy Malvern – metoda akredytowana.
• Pomiar powierzchni właściwej BET ciał stałych stabilnych w próżni metodą sorpcji fizycznej azotu; Gemini 2360, Micromeritics –  metoda akredytowana.
• Gęstość szkieletowa ciał stałych, granulatów, proszków metodą piknometryczną na piknometrze helowym AccuPyc II 1340, Micromeritics – metoda akredytowana
• Analiza stabilności zawiesin, emulsji, aerozoli i pian bez konieczności rozcieńczania ich na urządzeniu Turbiscan LAB, Formulation.
• Morfologia materiałów na podstawie obserwacji powierzchni z rozdzielczością do 1 nm za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), Zeiss Ultra Plus, Bruker. Mikroskop jest wyposażony także w system mikroanalizy EDS firmy Bruker mod. Quantax 400.
• Jednoczesna, kompleksowa analiza termiczna składająca się z termograwimetrii i skaningowej kalorymetrii różnicowej z jednoczesną analizą gazów wydzielanych z próbki (Spektrometr podczerwieni z transformacją Fouriera FTIR i spektrometr masowy QMS); urządzenie STA 449, Jupiter, Netzsch.
• Analiza fazowa proszków, badań tekstury i badań rozkładu wielkości krystalitów na proszkowym dyfraktometrze rentgenowskim Panalytical, model X’Pert PRO.
• Synteza wybranych nanoproszków (hydroksyapatyt, tlenek cyrkonu, tlenek cynku).
• Usługa pokrywania powierzchni materiałów nanocząstkami przy użyciu urządzenia sonicznego. Pokrywanie odbywa się w sterylnych warunkach i umożliwia wytwarzanie aktywnych nanowarstw, szczególnie na materiałach o przeznaczeniu medycznym.

Laboratorium Modelowania i Obrazowania w Biomechanice(IPPT PAN) prowadzi badania dot. wykorzystania ultradźwięków w obrazowej diagnostyce medycznej z uwzględnieniem kontrastów i cieplnych efektów terapeutycznych związanych z wydzielaniem ciepła i kawitacją, modelowanie i badanie procesów i zmian w strukturach tkankowych wywołanych interakcją z biomateriałami i oddziaływaniem czynników fizycznych/mechanicznych oraz wykorzystanie nanowłókien w systemach zlokalizowanego uwalniania leków.

Laboratorium Wytwarzania i Charakteryzowania Biomateriałów (WIM) zajmuje się głównie wytwarzaniem podłoża dla wzrostu tkanek, przede wszystkim tkanki kostnej.

W ramach projektu CePT dokonano zakupu aparatury technologicznej, badawczej i wyposażenia oraz przystosowano dla potrzeb badawczych i rozwojowych pomieszczenia IPPT PAN oraz IWC PAN, w tym też stworzono pomieszczenia ultrawysokiej czystości.

W związku z uzupełniającą się tematyką badań, Centrum Bio – nanomateriałów będzie stowarzyszone merytorycznie z Centrum BIOFIM, zwłaszcza w zakresie charakteryzacji tkanek i wspomagania technologii medycznych metodami instrumentalnymi.