Laboratorium Badań Warstw Molekularnych (LBWM)

  • Kierownik: dr Paweł Borowicz
  • Nazwa: Laboratorium Badań Warstw Molekularnych (LBWM)

Laboratorium Badania Warstw Molekularnych (LBMW) zajmuje się badaniem właściwości cienkich warstw za pomocą metod nieniszczących. Charakteryzacja warstw wykonywana jest za pomocą promieniowania elektromagnetycznego. Aparatura, w którą wyposażone jest Laboratorium, umożliwia pomiary obejmujące zakres spektralny od nadfioletu do średniej podczerwieni włącznie.
LBMW jest wyposażone w następującą aparaturę:

  • fourierowski spektrofotometr pracujący w zakresie średniej podczerwieni;
  • elipsometr spektroskopowy umożliwiający pomiary od nadfioletu do bliskiej podczerwieni;
  • mikroskop kąta Brewster'a współpracujący z wagą Langmuir'a.
  • Analiza widm z zakresu spektroskopii oscylacyjnej obejmuje teoretyczną symulację widm na poziomie Teorii Funkcjonału Gęstości (Density Functional Theory – DFT).

Członkowie

  • dr Paweł Borowicz, pborowicz@ichf.edu.pl, +48 22 343 2147

Kontakt

pborowicz@ichf.edu.pl

+48 22 343 2147

Badania

Badania prowadzone w LBWM koncentrują się głównie na współpracy z następującymi grupami badawczymi:

  • grupą badawczą zajmującą się warstwami molekularnymi ZB 02, kierownik grupy Prof. dr hab. W. Kutner 
  • grupą badawczą zajmującą się polimerami funkcyjnymi ZB 18, kierownik grupy dr. P. S. Sharma 
  • Laboratorium Analizy Powierzchni, kierownik laboratorium dr hab. inż. M. Pisarek 

Badania prowadzone w ZB 02 oraz ZB 18 dotyczą warstw otrzymywanych najczęściej za pomocą elektropolimeryzacji. Tego typu warstwy są przeznaczone do detekcji śladowych ilości różnego rodzaju substancji, których obecność może świadczyć o występowaniu materiałów wybuchowych, trucizn w żywności lub czynników rakotwórczych.

Współpraca z Laboratorium Analizy Powierzchni dotyczy wpływ modyfikacji powierzchni Ti na proces mineralizacji kości. Tego typu badania mają zastosowanie w otolaryngologii.

Przykładem zastosowania możliwości badawczych Laboratorium Badania Warstw Molekularnych jest określenie sposobu wbudowania szukanej substancji w warstwę polimerową za pomocą spektroskopii oscylacyjnej (w podczerwieni). Badania prowadzone w LBWM weszły w skład następujących publikacji:

2015

M. Cieplak, K. Szwabinska, M. Sosnowska, C. Bikram K.C., P. Borowicz, K. Noworyta, F. D’Souza, W Kutner, Selective electrochemical sensing of human serum albumin by semi-covalent molecular imprinting, Biosensors and Bioelectronics 2015, 74, 960–966

2016

T.-P. Huynh, A. Wojnarowicz, A. Kelm, P. Woznicki, P. Borowicz, A. Majka, F. D’Souza, and W. Kutner, Chemosensor for Selective Determination of 2,4,6-Trinitrophenol Using a Custom Designed Imprinted Polymer Recognition Unit Cross-Linked to a Fluorophore Transducer, ACS Sensors 2016, 1, 636−639

A. Wojnarowicz, P. S. Sharma, M. Sosnowska, W. Lisowski, T.-P. Huynh, M. Pszona, P. Borowicz, F. D'Souza, W. Kutner, An electropolymerized molecularly imprinted polymer for selective carnosine sensing with impedimetric capacity, J. Mater. Chem. B 2016, 4, 1156–1165

2017

Z. Iskierko, A. Checinska, P. S. Sharma, K. Golebiewska, K. Noworyta, P. Borowicz, K. Fronc, V. Bandi, F. D’Souza and W. Kutner, Molecularly imprinted polymer based extended-gate field-effect transistor chemosensors for phenylalanine enantioselective sensing, J. Mater. Chem. C 2017, 5, 969–977

M. Dabrowski, M. Cieplak, P. S. Sharma, P. Borowicz, K. Noworyta, W. Lisowski, F. D'Suoza, A. Kuhn W. Kutner, Hierarchical templating in deposition of semi-covalently imprinted inverse opal polythiophene film for femtomolar determination of human serum albumin, Biosensors and Bioelectronics 2017, 94, 155–161

K. Łępicka, P. Pieta, A. Shkurenko, P. Borowicz, M. Majewska, M. Rosenkranz, S. Avdoshenko, A. A. Popov and W. Kutner, Spectroelectrochemical Approaches to Mechanistic Aspects of Charge Transport in meso-Nickel(II) Schiff Base Electrochromic Polymer, Journal of Physical Chemistry C 2017, 121, 16710−16720

2018

D. Kuczyńska, P. Kwaśniak, M. Pisarek, P. Borowicz, H. Garbacz, Influence of surface pattern on the biological properties of Ti grade 2. Materials Characterization 2018, 135, 337–347

P. S. Sharma, Z. Iskierko, K. Noworyta, M. Cieplak, P. Borowicz, W. Lisowski, F. D'Souza, W. Kutner, Synthesis and application of a “plastic antibody” in electrochemical microfluidic platform for oxytocin determination. Biosensors & Bioelectronics 2018, 100, 251–258

2019

K. Bartold, A. Pietrzyk-Le, W. Lisowski, K. Golebiewska, A. Siklitskaya, P. Borowicz, S. Shao, F. D'Souza, W. Kutner, Promoting bioanalytical concepts in genetics: A TATA box molecularly imprinted polymer as a small isolated fragment of the DNA damage repairing system, Materials Science & Engineering C 2019, 100, 1–10

Z. Iskierko, P. S. Sharma, K. R. Noworyta, P. Borowicz, M. Cieplak, W. Kutner, and A. M. Bossi, Selective PQQPFPQQ Gluten Epitope Chemical Sensor with a Molecularly Imprinted Polymer Recognition Unit and an Extended-Gate Field-Effect Transistor Transduction Unit, Anal. Chem. 2019, 91, 4537−4543

D. Zembrzuska, J. Kalecki, M. Cieplak, W. Lisowski, P. Borowicz, Kr. Noworyta, P. S. Sharma, Electrochemically initiated co-polymerization of monomers of different oxidation potentials for molecular imprinting of electroactive analyte, Sensors & Actuators: B. Chemical 2019, 298, 126884

B Lesiak, N. Rangam, P. Jiricek, I. Gordeev, J. Tóth, L. Kövér, M. Mohai and P. Borowicz, Surface Study of Fe3O4 Nanoparticles Functionalized With Biocompatible Adsorbed Molecules, Frontiers in Chemistry 2019, 7, 00642

2020

D. Kuczyńska-Zemła, E. Kijeńska-Gawrońska, M. Pisarek, P. Borowicz, W. Swieszkowski, H. Garbacz, Effect of laser functionalization of titanium on bioactivity and biological response, Applied Surface Science 2020, 525, 146492

Aparatura

Fourierowski spektrofotometr do pomiarów w podczerwieni

Fourierowski spektrofotometr Vertex 80 V (Bruker Inc., USA) umożliwia pomiary widm w podczerwieni pod obniżonym ciśnieniem. Ciśnienie robocze nie przekraczające 10 mbar powoduje drastyczną redukcję negatywnych czynników zaburzających pomiary w podczerwieni takich jak para wodna lub dwutlenek węgla. Urządzenie umożliwia pomiary w następujących konfiguracjach:

  • absorpcji / transmisji w pastylkach z bromku potasu, w roztworach lub dla warstwy naniesionej na materiał nieabsorbujący w podczerwieni (możliwość regulacji kąta padania promieniowania na próbkę) ;
  • wielokrotnego osłabionego całkowitego odbicia (Multiple-reflection Attenuated Total Reflectance – multi-ATR) – spektrofotometr wyposażony jest w A537-A/Q Overhead ATR unit (Bruker);
  • osłabionego całkowitego odbicia (Attenuated Total Reflectance – ATR) – spektrofotometr wyposażony jest w Platinum ATR (Bruker);
  • odbicia zwierciadlanego z możliwością regulacji kąta padania (odbicia) – spektrofotometr jest wyposażony o przystawkę GS19650 (SPECAC, UK);
  • odbiciowo-absorpcyjnej spektroskopii w podczerwieni z modulacją polaryzacji (Polarization Modulation Infrared Reflection Absorption Spectroscopy –PM-IRRAS); spektrofotometr wyposażony jest w moduł PMA50 (Bruker).

Elipsometr spektroskopowy

Elipsometr spektroskopowy UVISEL (Horriba-Jobin Yvon, Japonia-Francja) umożliwia badania cienkich warstw za pomocą światła w zakresie od 245 nm do 2100 nm. Przyrząd umożliwia następujące rodzaje pomiarów:

  • widma elipsometryczne: pomiar parametrów elipsometrycznych w funkcji długości fali (energii fotonu);
  • badania kinetyczne: śledzenie zmian parametrów elipsometrycznych w funkcji czasu dla wybranej długości fali;
  • widma transmisji (absorpcji) lub reflektancji w układzie jedno-wiązkowym.

Dołączone oprogramowanie umożliwia analizę danych zarówno w oparciu o stabelaryzowane dane parametrów optycznych materiałów jak również w wersji zaawansowanej, tzn. z analitycznym modelowaniem zespolonej funkcji dielektrycznej (zespolonego współczynnika załamania światła). Elipsometr wyposażony jest również w zmotoryzowany stolik umożliwiający zmianę położenia próbki z krokiem nie mniejszym niż 1 µm.

Mikroskop kąta Brewster'a oraz waga Langmuir'a

Mikroskop kąta Brewster'a EP3-BAM (NFT – Nanofilm Technologie, Niemcy) umożliwia obserwację światła odbitego od cienkiej warstwy. Do pomiarów używana jest zielona linia laserowa o długości fali 532 nm. Prowadzenie obserwacji pod kątem Brewster'a względem podłoża, na którym osadzona jest warstwa, powoduje minimalizację sygnału pochodzącego z podłoża. Rozdzielczość przestrzenna obrazu mikroskopu wynosi 2 µm.

Sprzężona z mikroskopem kata Brewste'a waga Langmuir'a BAM 601 (Nima Technology Ltd., UK) służy do badania procesów zachodzących podczas kompresji molekuł na powierzchni ciekłej subfazy, którą na ogół jest woda. Za pomocą wagi Langmuir'a można określić parametry termodynamiczne opisujące proces kompresji. Ciśnienie powierzchniowe oraz potencjał mierzone są symultanicznie za pomocą czujnika ciśnienia powierzchniowego PS-4 (Nima Technology Ltd., UK) oraz czujnika potencjału powierzchniowego 320C-H-CE (Trek Inc., USA). Sprzężenie wagi Langmuir'a z mikroskopem kąta Brewster'a umożliwia obrazowanie zachodzących na powierzchni ciekłej subfazy zmian podczas całego procesu tworzenia warstwy molekularnej. Innym zastosowaniem wagi jest osadzanie mono- lub multi-warstwy na stałym podłożu, np. szkle. Do przenoszenia warstw na stałe podłoże służy „dipper” D1L (Nima Technology Ltd., UK).

Cennik

Badania wykonywane dla zespołów badawczych Instytutu Chemii Fizycznej PAN są wykonywane w ramach działalności Laboratorium bez naliczania kosztów.

Zlecenia zewnętrzne

Ze względu na to, że prowadzone przez Laboratorium badania wymagają indywidualnego traktowania każdego układu nie jest możliwe podanie szczegółowego cennika badań, które można zrealizować w LBWM. Szczególnie w przypadku, gdy w zakres usługi wchodzi interpretacja danych eksperymentalnych szczegółowe określenie nakładu pracy potrzebnej na wykonanie danego zlecenia / zadania może ulegać istotnym zmianom w zależności od obiektu badań. Z tego względu cena każdego zlecenia podlega indywidualnej negocjacji. Podstawą do negocjacji ceny zlecenia są wyszczególnione poniżej koszty jednej godziny pracy poszczególnych urządzeń.

Zestawienie kosztów 1 godziny pracy aparatury.

  • Spektrofotometr fourierowski do podczerwieni: 50 – 70 zł
  • Elipsometr spektroskopowy: 80 – 100 zł
  • Waga Langmuir'a z mikroskopem kąta Brewster'a: 110 – 130 zł