Koordynatorzy:
dr hab. Andrzej Sikorski – Uniwersytet Warszawski
dr hab. Jarosław Jung – Politechnika Łódzka
prof. dr. hab. Michał Banaszak – UAM

Zdjęcie powyżej ilustruje ARUZ w łódzkim Technoparku.

Głównym celem proponowanego projektu jest teoretyczne zbadania procesów powstawania złożonych układów makromolekularnych. Struktura i własności lepko-sprężyste takich układów są wciąż słabo rozpoznane, zwłaszcza, jeśli zawierają polimery silnie rozgałęzione czy też znajdują się w złożonych geometriach. Do tego celu zostaną użyte zostaną nowoczesne narzędzia obliczeniowe, oparte o symulacje komputerowe metoda Monte Carlo. Badane będą polimerowe, zawierające makrocząsteczki o złożonej architekturze wewnętrznej (dendrymery, polimery silnie rozgałęzione, polimery gwiaździście rozgałęzione) o różnej sekwencji merów w łańcuchach (kopolimery blokowe, mikto-gwiazdy). Zbadany zostanie wpływ temperatury, składu, zatłoczenia środowiska, dyfuzji, katalizatora itp. na przebieg procesu polimeryzacji. Wyznaczone zostaną właściwości powstałych układów polimerowych oraz ich potencjalne użycie jako nośników leków.


Schematyczna idea algorytmu DLL, który będzie stosowany w symulacjach na ARUZie

Ze względu na olbrzymią ilość parametrów opisujących proces polimeryzacji mający wpływ na strukturę powstających złożonych układów makromolekularnych wynika potrzeba użycia odpowiednio uproszczonych modeli tych układów i odpowiednich narzędzi obliczeniowych do wyznaczania ich własności. W tym celu zaprojektowane zostaną gruboziarniste modele ze zredukowana reprezentacją makrocząsteczek. Ten typ modeli pozwala na badanie szerokiej klasy obiektów w różnych skalach czasowych, a także na odpowiedzi na ogólne zagadnienia. Jednak nawet tak proste modele nie mogą być rozwiązane dokładnie za pomocą teorii analitycznych, co wymusza użycie symulacji komputerowych. W tym celu przygotowane i dostosowane do zagadnień zostaną nowoczesne i wydajne narzędzia obliczeniowe: algorytm ruchów kooperatywnych i model dynamicznej cieczy sieciowej. Symulacje zostaną przeprowadzone na symulatorze ARUZ, maszynie zaprojektowanej do rozwiązywania takich zadań i znajdującym się w BioNanoParku w Łodzi.

Ważnym i bezpośrednim wynikiem zrealizowania projektu będzie teoretyczny opis procesów polimeryzacji i wyznaczeni własności powstających układów polimerowych. Poznanie dzięki badaniom teoretycznym szczegółów tych procesów pomoże w projektowaniu nowych materiałów w oparciu o informacje na poziomie mikroskopowym. Znajomość struktury i dynamiki takich układów pozwoli na zbadanie ich przydatności do uwalniania leków. Wyniki uzyskane w ramach realizacji projektu będą punktem wyjścia do budowy nowych teorii analitycznych opisujących złożone układy makromolekularne. Zaprojektowane i sprawdzone nowe i wydajne metody obliczeniowe znajdą zastosowani do innych obiektów.