Funcționalizarea și decorarea cu nanoparticule a suprafetei de sticlă: O abordare promițătoare de a induce aplicații noi

Director de proiect: Prof. Habil. Dr. Ing. Anton FICAI

Cercetător Dr. Ionela-Andreea NEACȘU

Drd. Stud. Ludmila MOTELICA

Drd. Stud. Cornelia-Ioana ILIE

Drd. Stud.  Georgiana DOLETE

Drd. Stud. Alexa Maria CROITORU

Drd. Stud. Alexandra Cătălina BÎRCĂ

Drd. Stud. Georgiana Mădălina Lemnaru (POPA)

Drd. Stud. Valentin George SĂFTOIU

Scopul proiectului este de a genera noi valențe ale suporturilor de sticlă prin funcționalizarea și imobilizarea nanoparticulelor și, de asemenea, prin funcționalizarea cu grupări funcționale specifice. În prezent, autocurățarea este asigurată geamurilor de sticlă în special datorită prezenței unui strat subțire de TiO2 – conform unui mecanism fotocatalitic. În această propunere, vom dezvolta niște acoperiri organice capabile să mențină suprafața curată datorită unei abordări biomimetice care implică funcționalizarea suprafeței cu molecule asemănătoare (poli)etilenglicolului care asigură un mecanism biomimetic de autocurățare, similar cu aripile multor muște și fluturi dar şi a frunzelor. Sticlele generate (acoperite/funcționalizate) pot fi instrumente importante în pregătirea probelor și analiza avansată, care pot fi utile chiar și în evaluarea urmelor deoarece aceste suprafețe inovatoare pot asigura o concentrare a analiților pe suprafețele lor. Soluțiile propuse sunt fezabile, echipa a dovedit deja o expertiză în funcționalizarea sticlei sau a silicei, sinteza nanoparticulelor, sorbția și desorbția analiților etc.

Rezumat Proiect

Scopul acestui proiect este extinderea utilizărilor sticlei și dovedirea versatilității sale prin funcţionalizare avansată. Sticla este un material extrem de utilizat datorită inerției sale ceea ce îl face potrivit pentru aplicații variate, de la construcții la aplicații casnice sau de nișă, inclusiv electronică, auto, ….. Un aspect important, ce trebuie menționat, este descoperirea sticlelor conductoare sau a celor active. Propunerea de proiect și-a asumat câteva aplicații foarte bine identificate (de exemplu, funcţionalizarea în vederea creșterii compatibilizării cu polimeri – și nu numai; dezvoltarea de suprafețe reactive capabile să lege o gamă variată de specii precum metale grele, medicamente, pesticide, compuși toxici, etc; sau să asigure, din contră, menținerea curată a acestor suprafețe, cum ar fi dezvoltarea de suprafețe anti-amprentare, dezvoltarea de suprafețe senzoriale capabile să lege selectiv compușii de interes; etc). Aceste desiderate au fost realizate prin funcţionalizare chimică, iar cea mai potrivită metodă este silanizarea. Suportul este factorul cheie, astfel încât din toate materialele disponibile și studiate s-a ales sticla, datorită stabilității foarte bune și posibilității de funcţionalizare prin intermediul grupărilor silanolice. În cadrul proiectului au fost puse la punct procesele de modificare și caracterizare a suprafețelor de sticlă modificate pornind de la suprafețe de sticlă borosilicatică plane (de tipul lamelelor de microscopie) cu agenți de funcţionalizare diverși care să inducă proprietățile variate necesare pentru domenii foarte vaste de aplicații: medicale, mediu, senzoristice, etc. Modificarea suprafețelor a fost realizată prin tehnici chimice, în mediu apos, în vederea decorării suprafeței cu grupe funcționale variate: amino, tio, hidroxi, etc., sau prin decorarea cu nanoparticule de Ag capabile să lege ulterior alte molecule de interes printr-o abordare directă, simplă sau prin autoasamblare.

Ca perspective identificate, putem enumera extinderea și mai mult a acestor studii folosind sticlele conductoare și respectiv sticle active astfel încât modificările de suprafață sus menționate să afecteze conductivitatea electrică a sticlelor conductoare și astfel să poată fi utilizat direct în senzoristică și respectiv de a lucra cu sticle active cu o reactivitate mai mare și care ar putea asigura un grad mai mare de funcţionalizare (și implicit atașarea unui număr mai mare de grupe funcționale de interes) sau, utilizarea acestora într-o manieră complexă, în care adsorbția analiţilor de interes este controlată de resorbția suportului putându-se astfel să se pună în evidență prezența unor analiţi, în special peste anumite concentrații.

Ca urmare a caracterului puternic aplicativ, în cadrul proiectului s-a depus o cerere de brevet de invenție bazat pe modificarea suprafeței de sticlă, brevet de invenție care a fost de altfel apreciat deja în cadrul saloanelor de invenții sau a conferințelor de profil obținându-se numeroase distincții (2 medalii de Aur, o medalie de argint precum și 4 premii speciale acordate de delegațiile oficiale participante (IRAN, Canada, Croația) obținute la saloanele de invenții de la Chișinău, Moldova; Iași, România și Toronto, Canada. În prezent, sunt publicate 3 articole Q1/Q2 și sunt în evaluare alte 2 articole (tot în reviste Q1/Q2), conform raportului. Mai mult, unele din perspectivele menționate sunt incluse într-o aplicație de proiect de tip PTE.

  • Etapa 1. Decorarea suprafeței de sticlă cu grupări funcționale
  • Etapa 2. Decorarea suprafeței de sticlă cu Ag/AuNP
  • Etapa 3. Evaluarea suprafețelor de sticlă decorate cu nanoparticule de Ag/Au

I am text block. Click edit button to change this

Articole științifice:

  1. Gabriela DANILIUC; Cornelia ILIE; Angela SPOIALA; Ludmila MOTELICA; Constantin MIREA; Denisa FICAI, Anton FICAI; Developing Anti-Fingerprint (Mobile) Glass Surfaces by Silanization and Self-Assembling; Applied Surface Science; under review
  2. Cornelia-Ioana Ilie, Angela Spoială, Ludmila Motelica, Liliana Marinescu, Zeno Ghizdăveț, Doina-Roxana Trușcă, Ovidiu-Cristian Oprea, Denisa Ficai, Anton Ficai; Ag NPs-decorated glass surfaces for sensing in medical applications; Microchemical Journal; under review
  3. V. Saftoiu, C. Constantin, A.I. Nicoara, G. Pelin, D. Ficai, A. Ficai, Glass Fibre-Reinforced Composite Materials Used in the Aeronautical Transport Sector: A Critical Circular Economy Point of View, Sustainability-Basel 16(11) (2024).
  4. L. Mîrt, D. Ficai, O.C. Oprea, G. Vasilievici, A. Ficai, Current and Future Perspectives of Bioactive Glasses as Injectable Material, Nanomaterials-Basel 14(14) (2024).
  5. I. Ilie, A. Spoiala, L. Motelica, L. Marinescu, G. Dolete, D.R. Trusca, O.C. Oprea, D. Ficai, A. Ficai, M.J. Fabra, Decoration of a Glass Surface with AgNPs Using Thio-Derivates for Environmental Applications, Coatings 14(1) (2024).
  6. V. Saftoiu, C. Constantin, A.I. Nicoara, G. Pelin, D. Ficai, A. Ficai, Glass Fabrics Functionalization for the Development of High-Performance Sandwich Structures, U Politeh Buch Ser B 85(1) (2023) 17-28.

Participare la conferințe și saloane de invenție şi premii obţinute

  1. Cornelia-Ioana ILIE, Angela SPOIALA, Ludmila MOTELICA, Denisa FICAI, Ovidiu-Cristian OPREA; Anton Ficai, Procedeu de modificare strat cu strat a suprafeței de sticlă; A00797/06/12/2022; 9th International Invention Innovation Competition in Canada – ICan 2024; August 24, Toronto, Canada
  • Gold medal awarded by the International Jury of the International Salon
  • International Special Award awarded by The First Institute of Inventors and Researchers in I.R. IRAN (FIRI)
  • Canadian Special Award awarded by Innovation Initiative Co-operative Inc. “The Inventors Circle”
  1. Cornelia Ioana ILIE, Ludmila MOTELICA, Angela SPOIALĂ, Denisa FICAI, Ovidiu Cristian OPREA, Anton FICAI; Glass functionalization and decoration with nanoparticles: a challenging way to induce new applications; Patent application No. A100797/06.12.2022; International Salon of Invention and Innovative Entreprenorship, 12-13 Octomber 2023, Chisinau, Moldova
  • Silver medal awarded by the International Jury of the International Salon
  1. Cornelia Ioana ILIE, Ludmila MOTELICA, Angela SPOIALĂ, Denisa FICAI, Ovidiu Cristian OPREA, Anton FICAI; Glass functionalization and decoration with nanoparticles: a challenging way to induce new applications; Patent application No. A100797/06.12.2022; 15th European Exhibition of Creativity and Innovation-EuroInvent 2023, 13 May 2023, Iaşi, Romania
  • Gold medal awarded by the International Jury of the International Salon
  • Certificate of Excellence awarded by the University POLITEHNICA of Timişoara
  • Special Award Croatian Inventors Network
  • Excellence Diploma awarded by Asociatia Justin Capra
  1. George Valentin SAFTOIU, Ludmila MOTELICA, Georgiana DOLETE, Roxana TRUSCA, Denisa FICAI, Ovidiu Cristian OPREA, Ecaterina ANDRONESCU, Anton FICAI; Functional glass surfaces for emerging applications sasa; RICCCE 22; 7-9 Septembrie, Sinaia, România
  2. Gabriela DANILIUC, Cornelia ILIE, George Valentin SĂFTOIU, Ludmila MOTELICA, Angela SPOIALA, Denisa FICAI, Anton FICAI; Sticla, un material cu proprietăţi accordabile; Conferinţa AGEPI (Agenţiei Naţionale de Proprietate Intelectuală a Moldovei); 27.04.2023; Chişinău, Moldova;
  3. Cornelia ILIE, Ludmila MOTELICA, Denisa FICAI, Roxana Doina TRUSCA, Ovidiu Cristian OPREA, Anton FICAI; New perspectives of the silicates based materials: from classical to emerging applications of glasses; Conferinta internationala: 8th International Conference on Nanotechnology: Fundamentals and applications (ICNFA’23); 9-11.08.2024; London.
  4. Anton Ficai, Gabriela Daniliuc, Cornelia-Ioana Ilie, Angela Spoială, Ludmila Motelica, Georgiana Dolete, Doina-Roxana Trușcă, Denisa Ficai and Ovidiu-Cristian Oprea; Self assembling processes on glass surfaces: a strategy to generate new functionalities; 6th EuChemS Inorganic Chemistry Conference; 03 – 07.09.2023; Viena
  5. Cornelia Ioana ILIE, Ludmila MOTELICA, Angela SPOIALĂ, Denisa FICAI, Ovidiu Cristian OPREA, Anton FICAI; Anti-fingerprint glass surface developed by advanced chemical modification based on chemical modification with aminopropyl moieties followed by self-assembling; 15th International Conference on Nanotechnology: Fundamentals and Applications (ICNFA 2024); 25-27.08.2024; Barcelona, Spain;
  6. Anton FICAI; Rolul Chimiei în Contextul secolului XXI; 20.05.2024 (conferință destinată popularizării științei în rândul elevilor și profesorilor de Chimie din Preuniversitar).

Suplimentar acestor indicatori, în cadrul proiectului s-a realizat formare profesională a unor tineri, dintre aceste menționez:

Gabriela Daniliuc a susținut teza de disertație Suprafețe de sticlă anti-aderente pentru aplicații speciale; în cadrul Programului de masterat Aplicații ale Chimiei în Expertizele Juridice;

Luiza Mirţ este doctorandă în având tema de doctorat în domeniul sticlelor active, fiind doctorand în co-tutela internațională cu Friedriche-Alexander Universitat, Erlangen Germany (profesor Aldo Boccaccini).

În prezent, există o aplicație de proiect de tip „Centre de excelență” pe zona de impact societal 1.5. Economie circulară (al cărui director de proiect sunt și care include și o componentă de materiale oxidice, din punct de vedere al circularității și îmbunătățirii performanțelor) dar și un proiect PTE de a avansa pe scara TRL spre produs.

Propunerea de proiect „Microfluidics-Based Ex Vivo Mimetic System for Facultative-Anaerobic Microbiota”, înregistrat la HORIZON-HLTH-2024-TOOL-05-two-stage și care conține o componentă importantă aferentă modificării suprafeței de sticlă/polimeri din care s-ar realiza dispozitivul microfluidic a fost selectat în faza a doua de evaluare (una din cele 15 proiecte din cele 198 depuse, A. Ficai fiind directorul proiectului H2024 depus) însă nu a fost finanțat în cele din urmă. Totuși, rezultatul este unul promițător.