Πολυμερή! Πιθανότατα δεν έχεις ιδέα τι είναι! Και όμως έρχεσαι καθημερινά σε επαφή με αυτά.

Βλέπεις, το θέμα με τα πολυμερή είναι ότι είναι παντού! Ακόμα και εσύ ο ίδιος αποτελείσαι από πολυμερή. Τα κόκκαλα σου, τα μαλλιά σου, τα νύχια σου είναι μόνο μερικά παραδείγματα. Μπορείς, επίσης, να φας πολυμερή: η πρωτεΐνη στο κρέας, το άμυλο στις πατάτες, η κυτταρίνη στα λαχανικά. Δεν πείστηκες ακόμα ότι τα πάντα γύρω σου είναι πολυμερή;(!) Ο υπολογιστής σου, το κινητό σου, το αυτοκίνητό σου περιέχουν πολλά πλαστικά τμήματα που είναι πολυμερή. Ακόμη και οι μπαταρίες περιέχουν πολυμερή. Τα καλλυντικά που χρησιμοποιείς περιέχουν πολυμερή. Μπογιές, φάρμακα, πλαστικά… Φαίνεται πως η λίστα είναι ατελείωτη!

Ωστόσο, τι ακριβώς είναι το πολυμερές; 

Πολυμερές είναι κυριολεκτικά τα πολλά μέρη. Δηλαδή πολλές μονάδες –τα μονομερή- που ενώνονται, για να σχηματίσουν μια αλυσίδα. Κάθε μόριο επομένως είναι μια μακρομοριακή αλυσίδα.

Το γεγονός ότι τα πολυμερή που παρασκευάζονται μπορούν να έχουν διαφορετικές ιδιότητες οφείλεται τόσο στην ποικιλία μονομερών, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν, όσο και στην ποικιλία αρχιτεκτονικών που μπορούν να επιτευχθούν.

Ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια αυτός ο κλάδος της χημείας έχει γνωρίσει μεγάλη ανάπτυξη ερευνητικά, αλλά έχει βρει ποικίλες εφαρμογές τόσο για παρασκευή υλών και αντικειμένων καθημερινής χρήσης (χρώματα, υλικά συσκευασίας, κολλητικές ουσίες, ελαστικά, σωλήνες, φάρμακα), όσο και σε τομείς υψηλής τεχνολογίας (όπως η μικρο-ηλεκτρονική, η αεροναυπηγική, η αεροδιαστημική, η βιομηχανία, η ιατρική και η φαρμακολογία).

Πώς είναι δυνατόν όμως να τα φτιάξουμε όλα αυτά;

Το Εργαστήριο Βιομηχανικής Χημείας ιδρύθηκε το 1943. Στο εργαστήριο αυτό υπάρχει συγκεκριμένος τομέας που ασχολείται με τη σύνθεση και τον χαρακτηρισμό πολυμερών. Το εργαστήριο πολυμερών διαθέτει μεταπτυχιακό πρόγραμμα σπουδών, καθώς και διδακτορικούς φοιτητές. Και τι κάνουν εκεί; Φτιάχνουν πολυμερή φυσικά! Ας δούμε το πώς!

Μια ξενάγηση στο εργαστήριο πολυμερών…

Τα κύρια ερευνητικά ενδιαφέροντα του Εργαστηρίου Πολυμερών είναι η σύνθεση,ο χαρακτηρισμός και η μελέτη των ιδιοτήτων ευφυών πολυμερικών και υβριδικών υλικών με καλά καθορισμένη μακρομοριακή αρχιτεκτονική για πολλαπλές εφαρμογές. Περιλαμβάνουν την ελεγχόμενη μεταφορά γονιδίων και φαρμάκων,  τη θεραπεία του καρκίνου, την ενέργεια, αλλά  και τη μικροηλεκτρονική και τη νανοτεχνολογία.

Το εργαστήριο διαθέτει γραμμή υψηλού κενού. Σκοπός της τεχνικής του υψηλού κενού είναι ο αποκλεισμός από το σύστημα ανεπιθύμητων προσμίξεων, όπως οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα και υγρασίας, για να συντεθούν καλά καθορισμένα πολυμερή, δηλαδή απολύτως καθαρά και με τα επιθυμητά μοριακά χαρακτηριστικά. Η χρήση της δεν είναι η συνήθης μέθοδος επιλογής, κυρίως λόγω των δυσκολιών και των υψηλών απαιτήσεων που συνεπάγεται. Επίσης, απαιτείται η γνώση και η χρήση τεχνικών υαλουργίας. Η γραμμή υψηλού κενού αποτελείται ουσιαστικά από δύο αντλίες, μία μηχανική αντλία λαδιού και μία αντλία διάχυσης υδραργύρου.

Δημιουργείται, λοιπόν, υψηλό κενό της τάξης των 10^-6 mmHg, ίσο με την τάση ατμών του υδραργύρου. Η επιλογή του υδραργύρου, ως ρευστού για τη λειτουργία της αντλίας διάχυσης γίνεται λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι ο υδράργυρος είναι ένα βαρύ μέταλλο, του οποίου η ροή των ατμών διαθέτει μεγάλη ορμή, κάτι που είναι επιθυμητό σε εφαρμογές σαν κι αυτή. Αυτό συμβαίνει, διότι εξασφαλίζει τη γρήγορη κίνηση χάρη στη μεγάλη ταχύτητα.

Όλοι οι φοιτητές του τομέα, χρειάζεται να έχουν καλές γνώσεις υαλουργίας, προκειμένου να φτιάχνουν συσκευές μέσα στις οποίες πραγματοποιούνται οι πολυμερισμοί. Οι συσκευές προσαρμόζονται ανάλογα με το είδος και την αρχιτεκτονική του επιθυμητού πολυμερούς. Με τη βοήθεια της γραμμής υψηλού κενού, επιτυγχάνεται μέσα στη συσκευή, τον κύριο αντιδραστήρα, υψηλό κενό και απόλυτες συνθήκες για την πραγματοποίηση του πολυμερισμού.

Στο εργαστήριο πρέπει όλοι οι διαλύτες και τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται να είναι απολύτως καθαρά, χωρίς καμία πρόσμιξη, γι’ αυτό και καθαρίζονται με ειδικές τεχνικές πριν τη χρήση τους.

Φυσικά, όπως αναφέρθηκε ο σκοπός του εργαστηρίου είναι η σύνθεση καλά καθορισμένων, πρότυπων πολυμερών, που ανάλογα με τις ιδιότητες τους έχουν μια πληθώρα εφαρμογών.

Το εργαστήριο των πολυμερών στελεχώνουν καθηγητές διακεκριμένοι στον τομέα τους, που ασχολούνται με ποίκιλα ερευνητικά θέματα, οι οποίοι είναι πάντα πρόθυμοι να καθοδηγήσουν και να εμπνεύσουν τους φοιτητές τους πάνω στην έρευνα σχετικά με πολυμερή με νέες ιδιότητες. Συγκεκριμένα:

Καθ. Ερμόλαος Ιατρού: Απόφοιτος του τμήματος Χημείας του πανεπιστημίου Αθηνών με μεταδιδακτορικές σπουδές στη Γερμανία. Από το 2002, διδάσκει στο τμήμα χημείας του ΕΚΠΑ, ενώ από το 2015 είναι διευθυντής του εργαστηρίου Πολυμερών. 

Η ερευνητική του δράση επεκτείνεται σε πολλά πεδία όσον αφορά τα πολυμερή. Τα τελευταία χρόνια επικεντρώνεται στην ανάπτυξη καινοτόμων πολυμερικών υλικών με στόχο τη βελτίωση της ζωής των ασθενών, την αύξηση του χρόνου ζωής τους με τη μείωση των παράπλευρων χημειοθεραπευτικών επιπτώσεων. 

Η ανάπτυξη νέων καινοτόμων πολυμερικών φορέων φαρμάκων με τη χρήση της νανοϊατρικής οδήγησε στην πλήρη ίαση ή τη μετατροπή θανατηφόρων ασθενειών σε χρόνιες παθήσεις, και στόχος της ερευνητικής του δράσης είναι η βελτίωση της ποιότητας ζωής όλων των ασθενών με τη χρήση της. Το ερευνητικό του έργο σήμερα, συνοψίζεται παρακάτω:

• Εισαγωγή καινοτόμων συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων χρησιμοποιώντας τη νανοτεχνολογία, και ειδικά πολυμερικούς φορείς στην ιατρική.
• Αύξηση θεραπευτικής απόδοσης με μειωμένη δοσολογία, μειωμένη συχνότητα και λιγότερες παρενέργειες.
• Ανάπτυξη νέων υλικών σε μέγεθος νανομέτρων με σκοπό να βελτιώσουν τα συμβατικά φαρμακευτικά σκευάσματα. Αν και τα συμβατικά φαρμακευτικά σκευάσματα δεν επιτρέπουν τον έλεγχο της βιοδιασποράς τους στο σώμα, τα φάρμακα σε μέγεθος νανομέτρων παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά τη βελτίωση της βιοσυμβατότητας, βιοδιασποράς και της φαρμακοκινητικήςσε διάφορες ιατρικές εφαρμογές. Τα πολυμερικά υλικά έχουν κυριαρχήσει ανάμεσα στα υλικά που χρησιμοποιούνται στις εφαρμογές της νανοϊατρικής. Αυτό οφείλεται στην υψηλή δραστικότητά τους και τις ενδιαφέρουσες ιδιότητες που παρουσιάζουν.

Καθ. Μαρίνος Πιτσικάλης: Ο κύριος Πιτσικάλης είναι καθηγητής στο τμήμα Χημείας.

Αποφοίτησε από το τμήμα Χημείας του ΕΚΠΑ το 1989, ολοκλήρωσε τις διδακτορικές του σπουδές στο ίδιο τμήμα το 1994 και έκανε το μεταδιδακτορικό του στο πανεπιστήμιο της Alabama στο Birmingham, στις ΗΠΑ μέχρι και το 1996. Το ερευνητικό έργο του κ.Πιτσικάλη μπορεί να εντυπωθεί συνοπτικά στα παρακάτω:

• Σύνθεση προτύπων πολυμερών με πολύπλοκη αρχιτεκτονική (γραμμικά ομοπολυμερή, κατά συστάδες συμπολυμερή και τριπολυμερή, αστεροειδή και εμβολιασμένα ομο- και συμπολυμερή, μικτόκλωνα αστεροειδή συμπολυμερή κλπ.) χρησιμοποιώντας τεχνικές ανιοντικού πολυμερισμού σε συνθήκες υψηλού κενού.
• Σύνθεση ομοπολυμερών και συμπολυμερών χρησιμοποιώντας μεταλλοκενικά και ημιμεταλλοκενικάσύμπλοκα, καθώς και εμβολιασμένων συμπολυμερών με συνδυασμό τεχνικών ζωντανού και ελεγχόμενου πολυμερισμού και χρήσης μεταλλοκενικών καταλυτών.
• Σύνθεση ομοπολυμερών και συμπολυμερών χρησιμοποιώντας τεχνικές ριζικού πολυμερισμού μεταφοράς ατόμων (ATRP), ριζικού πολυμερισμού μέσω νιτροξειδίων (NMP), ριζικού πολυμερισμού αντιστρεπτής μεταφοράς αλυσίδας με προσθήκη και απόσπαση (RAFT) και πολυμερισμού διάνοιξης δακτυλίου (ROP).
• Χαρακτηρισμός πολυμερών με τεχνικές χρωματογραφίας αποκλεισμού μεγεθών, ωσμωμετρίας μεμβράνης, ωσμωμετρίας τάσης ατμών, στατικής και δυναμικής σκέδασης φωτός, διαφορικής διαθλασιμετρίας, ιξωδομετρίας αραιών διαλυμάτων, μικροσκοπίας ατομικών δυνάμεων, διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης, θερμοσταθμικής ανάλυσης, δυναμομηχανικής ανάλυσης και φασματοσκοπίας IR και NMR.
• Μελέτη της συσσωμάτωσης δραστικών πολυμερών σε αραιά διαλύματα και σε τήγμα.
• Μικυλλίωση κατά συστάδες και εμβολιασμένων συμπολυμερών σε εκλεκτικούς διαλύτες.
• Μελέτη θερμικών ιδιοτήτων ομο- και συμπολυμερών.
• Μελέτη της κινητικής της θερμικής αποικοδόμησης πολυμερών.
• Κατιοντικός πολυμερισμός οξαζολινών, βινυλαιθέρων και Ν-βινυλοκαρβαζόλης χρησιμοποιώντας ενεργοποιημέναμεταλλοκενικάσύμπλοκα.
• Μεταθετικός πολυμερισμός διάνοιξης δακτυλίου (ROMP) κυκλικών ολεφινών. Σύνθεση στατιστικών, κατά συστάδες και εμβολιασμένων συμπολυμερών.

Aν. Καθ. Γιώργος Σακελλαρίου: Ο κ. Σακελλαρίου είναι αναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα Χημείας. Αποφοίτησε από το τμήμα Χημείας του ΕΚΠΑ το 1999. Ολοκλήρωσε τις μεταπτυχιακές του σπουδές το 2001 και το διδακτορικό του το 2003 στο ίδιο τμήμα.

Ήταν μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο πανεπιστήμιο του Tennesse στο Knoxville, στις ΗΠΑ από το 2004 μέχρι το 2006 και στο τμήμα Χημείας του ΕΚΠΑ από το 2006 μέχρι το 2008.

Το τρέχον ερευνητικό έργο του κ. Σακελλαρίου συνοψίζεται παρακάτω:

• Σύνθεση στερεών πολυμερικών ηλεκτρολυτών για μπαταρίες ιόντων λιθίου.
• Σύνθεση πολυμερών με περίπλοκη μακρομοριακή αρχιτεκτονική.
• Σύνθεση αστεροειδών συμπολυμερών με υψηλή παράμετρο αλληλεπίδρασης χ Flory-Huggins.
• Σύνθεση πολυμερικώνμονομοριακώννανοσωματιδίων.
• Σύνθεση πολυμερικών εμβολιασμένων νανοσωματιδίων για βιοϊατρικέςεφαρμογες.
• Πραγματοποίηση πολυμερισμών από επιφάνειες (grafting-to, grafting-frompolymerization)

Περισσότερες πληροφορίες για τους καθηγητές, την ερευνητική τους δράση και το εργαστήριο πολυμερών του τμήματος Χημείας του ΕΚΠΑ, μπορείτε να βρείτε στις παρακάτω ιστοσελίδες:

• http://users.uoa.gr/~iatrou/index.html/web/
• http://users.uoa.gr/~gsakellariou/