Nowa postać leku i nowy sposób otrzymywania grafitów

Wynalazki łączy kwestia technologii wytwarzania materiałów o określonej wewnętrznej strukturze na poziomie atomowym. Chodzi o to, żeby tak przeorganizować wewnętrzną postać danej substancji by poprawić jej właściwości fizyko-chemiczne pod kątem różnych zastosowań.

Pierwszy z wynalazków to „Sposób otrzymywania itrakonazolu w stabilnej fazie nematycznej”. Itrakonazol, to lek przeciwgrzybiczy. Jak tłumaczy prof. Karolina Jurkiewicz, w temperaturze pokojowej tworzy kryształy, natomiast, kiedy go podgrzewamy do temperatury kilkudziesięciu stopni Celsjusza zmienia się wewnętrzne ułożenie jego cząsteczek. - Najpierw w strukturę warstwową, czyli tak zwaną fazę smektyczną, a następnie po podgrzaniu do ok. 90 stopni Celsjusza pojawia się faza nematyczna, gdzie cząsteczki są zorientowane wzdłuż jednej osi, ale nie tworzą wyraźnych warstw. Ich środki są rozmieszczone chaotycznie, jak w zwykłej cieczy. W wyższej temperaturze itrakonazol przechodzi w fazę ciekłą - zaczyna się topić – mówi badaczka.

Natomiast, otrzymanie struktury nematycznej itrakonozolu, ale w temperaturze pokojowej na dużą skalę wykraczało dotychczas poza możliwości laboratoryjne. – Odkryliśmy jednak, że w wyniku mechanicznego mielenia itrakonozolu w niskiej temperaturze można uzyskać materiał, który posiada cechy struktury nematycznej. Co więcej, nasze badania sugerują, że może ona pozostać stabilna fizycznie przez ponad rok, co jest bardzo ważne w kontekście terminu przydatności substancji farmaceutycznych – dodaje prof. Karolina Jurkiewicz.

Struktura nematyczna umożliwia osiągnięcie znacznie wyższej rozpuszczalności itrakonazolu w stosunku do tradycyjnych kryształków. Z kolei rozpuszczalność substancji ma fundamentalne znaczenie w farmacji, ponieważ bezpośrednio wpływa na to, jak organizm wchłania oraz wykorzystuje podany lek. -W naszym przypadku osiągnęliśmy około dwudziestokrotny wzrost kinetyki rozpuszczania itrakonazolu – zaznacza prof. Karolina Jurkiewicz.

Nazwa drugiego zgłoszonego przez śląską naukowczynię wynalazku brzmi: „Sposób otrzymywania materiałów grafitowych z organicznych prekursorów węgli niegrafityzujących”. Warto tu przypomnieć, że grafit to jedna z postaci węgla, jak zatem można go uzyskać z cukru? - Tradycyjnie syntetyczny grafit jest produkowany z koksu węglowego - ubocznego produktu rafinacji ropy naftowej - który jest podgrzewany do temperatury blisko 3 tys. stopni Celsjusza. W celu transformacji cukru do grafitu w takim wysokotemperaturowym procesie należy dodać specjalne substancje – katalizatory grafityzacji, które pomagają z nieuporządkowanej struktury węglowej wytworzyć porządek atomów taki, jak w krystalicznym graficie – mówi prof. Karolina Jurkiewicz.

Jej zespół opracował metodę wytwarzania syntetycznego grafitu z cukru, żywic furfurylowych, a nawet biomasy. - Cukry takie jak sacharoza, celuloza, glukoza czy fruktoza są jednymi z głównych komponentów resztek roślinnych, odpadów spożywczych, które można by wykorzystać do wytwarzania jednego z najważniejszych materiałów przemysłowych, czyli grafitu – mówi badaczka ze Śląska.

Co więcej, proces produkcji może odbywać się w znacznie niższej temperaturze niż jest to w przypadku koksów węglowych, co pozwoli obniżyć wykorzystanie energii, a tym samym koszt całego procesu.

Grafit naturalny jest obecnie wydobywany w bardzo dużych ilościach. Jego zasoby mogą się niedługo wyczerpać, ze względu na obecne ogromne zapotrzebowanie m.in. do produkcji baterii w samochodach elektrycznych. Stąd pomysł śląskiego zespołu na syntetyczne grafity z biomasy czy żywic, mogące osiągać jakość grafitów naturalnych. - Proponowane przez nas grafity mogą stanowić znakomitą alternatywę - uważa prof. Karolina. Badania jej zespołu były nakierowanie na zastosowanie syntetycznego grafitu z cukru jako anody baterii litowo-jonowych, gdzie aktualnie wykorzystywany jest grafit syntetyczny i naturalny. Wszystko wskazuje na to, że to rozwiązanie może znaleźć szerokie zastosowanie w przemyśle bateryjnym, który rozwija się w niezwykle szybkim tempie.