C5390 Polymery pro pokročilé technologie a moderní experimentální metody studia polymerů

Přírodovědecká fakulta
jaro 2015
Rozsah
2/2/0. 3 kr. (plus ukončení). Ukončení: k.
Vyučující
RNDr. František Rypáček, CSc. (přednášející)
Ing. Jiří Kotek, Dr. (pomocník)
Garance
prof. RNDr. Milan Potáček, CSc.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Milan Potáček, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Základní znalosti Organické chemie, Fyzikální chemie a Makromolekulární chemie
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Jiné omezení: C3022&&C4120
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem předmětu je poznání nových polymerních systémů pro pokročilé aplikace v medicíně a elektronice a jiných moderních technologiích.
Osnova
  • Sylabus předmětu Speciální polymery pro pokročilé aplikace Část I: Polymery pro elektroniku a fotoniku Teoretický úvod Excitace v organických pevných látkách (exciton, polaron, soliton), přenos a záchyt excitační energie, generace, transport a záchyt elektrického náboje, - konjugované a -konjugované polymery. Příprava aktivních struktur Polymerní tenké vrstvy, uspořádané a amorfní organické struktury, kapalné krystaly, sendvičové struktury, metody jejich přípravy. Elektrické vlastnosti polymerů Elektrická a fotoelektrická vodivost, iontová vodivost, elektrická vodivost v polymerních kompositních materiálech, supravodivost. Polymery ve fotonice Polymerní světlovody, nelineární optické jevy v polymerech, elektro-optické modulátory, rychlá holografie, optické paměti, optické zdvojovače, fázově konjugovaná zrcadla, fotorefraktivní materiály. Polymerní elektroluminiscenční diody a lasery, elektrochromní displeje a, elektrické a optické senzory. Základní myšlenky molekulární elektroniky Samouspořádávající se systémy, anizotropní mezimolekulární interakce, jednodimenzionální molekulární systémy, molekulární tranzistor, dioda a diodové pole, molekulární spínač, paměti z hierarchických molekulárních struktur. Část II: Polymerní biomateriály a biomedicinální polymery Fyzikální formy a vlastnosti polymerních biomateriálů Vymezení pojmů (biopolymery, bioanalogické polymery, biodegradovatelné polymery, biomateriály, biomedicinální polymery). Polymery biologického původu (biopolymery) vs. polymery syntetické - srovnání charakteristických vlastností, společné znaky a typické rozdíly. Polymerní biomateriály: Struktura, příprava a vlastnosti Biopolymery – proteiny, polysacharidy, nukleové kyseliny. Původ (zdroje); biosyntéza. Vztahy mezi strukturou biopolymeru a jeho charakteristickými vlastnostmi. (Bio)degradovatelné a bioanalogické polymery (alifatické polyestery, polyhydroxyalkanoáty, poly(aminokyseliny), polydepsipeptidy. Příprava konjugátů polymerů s biologicky aktivními látkami. Polymery a biologické prostředí Optimalizace interakce mezi polymerem a biologickým systémem. Biokompatibilita polymerů. Imunitní vlastnosti polymerů. (Bio)degradace polymerů. Biologické a biomedicinální aplikace polymerů Charakteristika jednotlivých typů aplikací. Pomocné a podpůrné materiály; polymery při hojení ran; protetické materiály; dentální materiály. Polymerní systémy pro řízené uvolňování léčiv. Diagnostika, biosensory, bioreaktory. Současné a budoucí trendy Polymery pro buněčné terapie a regenerace tkání (tkáňové inženýrství). Bioanalogické systémy - aplikace molekulárního a genového inženýrství. Sylabus předmětu Moderní experimentální metody studia polymerů Základní charakterizace organických látek Elementární analýza, plynová chromatografie. Omezení použitelnosti metod, jejich reprodukovatelnost a mez stanovitelnosti. MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie, charakteristika a využití. Elektronová paramagnetická rezonance Studium struktury a prostorového rozložení koncentrace paramagnetických látek v polymerních systémech. Popis segmentální dynamiky polymerních systémů prostřednictvím nitroxidových spinových značek vhodně chemicky navázaných k polymerním řetězcům. Makroskopická difúze paramagnetických značek v polymerních matricích technikou EPR Imaging. Ramanův rozptyl Stanovení molekulární struktury. Mapování - stanovení heterogenit na základě rozdílů v molekulární struktuře. NMR spektroskopie pevného stavu NMR pevné fáze – posouzení mísitelnosti polymerních směsí, měření velkosti domén v heterogenních systémech, stanovení krystalinity, měření meziatomových vzdáleností, posouzení segmentální pohyblivosti (frekvence a amplituda vnitřních pohybů). Dynamický rozptyl světla Stanovení hydrodynamického poloměru částic měřením Brownova pohybu částic v disperzi či roztoku. Měření povrchového náboje dispergovaných částic ve formě zeta potenciálu. Rozptyl paprsků X Kratkyho kamera (maloúhlový rozptyl, SAXS). Práškový difraktometr (širokúhlový rozptyl, WAXS). SAXS/WAXS Molecular Metrology System (MolMet). Elektronová mikroskopie Transmisní elektronová mikroskopie (TEM). Základní režimy TEM (světlé pole - BF, temné pole - DF, elektronová difrakce - (SA)ED, prvková mikroanalýza - EDS). Příprava preparátů pro TEM (ultratenké řezání, mikro- a nanoprášky, sprejování). Skenovací elektronová mikroskopie. Povrchové vlastnosti polymerů Elipsometrie. Mikroskopie atomových sil. Stanovení elektrických a fotoelektrických parametrů polymerů Měření fotogenerace a pohyblivosti nosičů náboje v polymerech. Měření spektrální účinnosti polymerních solárních článků. Mechanické vlastnosti polymerů Zkouška tahová a ohybová. Rázové zkoušky. Lomová mechanika.
Výukové metody
Přednášky a praktická laboratorní cvičení s ukázkami moderních metod
Metody hodnocení
rozprava o tematu
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Poznámka k periodicitě výuky: po 3 roky.
Poznámka k četnosti výuky: 18.5. - 22.5.2015.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2011 - akreditace, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.