W środę przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Wyróżnienie otrzymali: Susumu Kitagawa, Richard Robson oraz Omar M. Yaghi – za rozwój nowego typu architektury molekularnej, tj. szkieletów metalo-organicznych (Metal-Organic Framework – MOF). Stworzone przez nich konstrukcje zawierają duże przestrzenie, w których małe cząsteczki mogą swobodnie się przemieszczać.

Prof. dr hab. inż. Janusz Lewiński z Wydziału Chemii Politechniki Warszawskiej i Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk ocenił w rozmowie z PAP, że to „długo wyczekiwany i zasłużony Nobel”.

Jak tłumaczył chemik, Yaghi wprowadził koncepcję tzw. secondary building units (SBU), czyli klastrowych, powtarzalnych węzłów, które umożliwiły racjonalne projektowanie krystalicznych MOF-ów pod kątem ich praktycznego wykorzystania. Z kolei Robson stworzył koncepcję konstruowania sieci polimerów koordynacyjnych, która legła u podstaw projektowania MOF-owych szkieletów. Natomiast Kitagawa pierwszy zajął się badaniami sorpcji i elastyczności MOF-ów oraz wykazał ich potencjał w adsorpcji gazów.

Badacz przyznał, że od lat kibicował Richardowi Robsonowi, pionierowi w dziedzinie polimerów koordynacyjnych, w noblowskiej rywalizacji. – Jako skromny wykładowca na Uniwersytecie w Melbourne konstruował drewniane modele cząstek chemicznych, żeby tłumaczyć studentom, jak wyglądają struktury krystaliczne. Jego modele były zbudowane z kulek reprezentujących atomy i łączących je patyczków. Kiedyś Robson pomyślał, żeby zastąpić kulki cząstkami – i tak stworzył koncepcję budowania sieci typu MOF – opowiadał prof. Lewiński.

Prof. Lewiński, którego zespół od lat zajmuje się badaniem nagrodzonych tegorocznym Noblem materiałów, woli je nazywać polimerami koordynacyjnymi lub materiałami porowatymi typu MOF. Jego zdaniem określenie „metaloorganiczny” dotyczy innych cząstek chemicznych.

Rozmówca PAP zgadza się z określeniem Komitetu Noblowskiego, że nagrodzone prace tworzą „nową przestrzeń dla chemii”. Porównał materiały MOF do zeolitów – grupy minerałów glinokrzemianowych, powszechnie wykorzystywanych w przemyśle. – Znamy ok. 250 struktur zeolitowych, natomiast syntetycznych MOF-ów jest już ponad 100 tys. i przewiduje się, że wkrótce będzie ich pół miliona. To pokazuje ogromną przestrzeń dla badań podstawowych i aplikacyjnych z udziałem tych materiałów – uważa prof. Lewiński.

Wśród obecnych zastosowań MOF-ów naukowiec wymienił m.in. katalizę, magazynowanie i separację gazów (na przykład wodoru i dwutlenku węgla), wychwyt „trudnych” zanieczyszczeń z wody, pozyskiwanie wody z powietrza w suchych rejonach, urządzenia elektroniczne i biomedyczne systemy nośników leków.

Struktury MOF – zbudowane podobnie jak konstrukcje z klocków LEGO albo stalowy szkielet nowo budowanego budynku – syntetyzuje się zwykle metodą mokrą w podwyższonej temperaturze i wysokowrzącym rozpuszczalniku.

– Proces wytwarzania MOF-ów na mokro trwa zwykle ok. doby. Tymczasem mój zespół jako pierwszy na świecie opracował metodę ich wytwarzania metodą mechanochemiczną, czyli mieszania odpowiednich substancji bez rozpuszczalnika. Nasza metoda pozwala na otrzymanie MOF-ów w ciągu 15 minut – podkreślił naukowiec.

Dodał, że jego zespół opracował również technologię jednoczesnego otrzymywania MOF-ów i kapsułkowania w nich leków. Pozwala ona na nasycenie kryształów substancją aktywną w 100 proc., w przeciwieństwie do poprzednich metod, których skuteczność sięgała 30 proc. – Stworzyliśmy nową klasę hybrydowych materiałów porowatych WUT, nazwaną tak od pierwszych liter anglojęzycznej nazwy Politechniki Warszawskiej (Warsaw University of Technology) – poinformował prof. Lewiński.

Zdaniem kierownika Zakładu Katalizy i Chemii Metaloorganicznej na Wydziale Chemii PW, obecnie na świecie trwa boom na technologie związane z polimerami koordynacyjnymi. Rocznie ukazuje się na ich temat ok. 10 tys. artykułów. Jednak w Polsce brakuje polityki naukowej w tej kwestii.

– Od lat występuję do kierownictwa Narodowego Centrum Nauki, żeby powstał specjalny program intensyfikujący rozwój badań nad MOF-ami. Nie spotkało się to ze zrozumieniem, a szkoda, bo choćby w Niemczech grupy zajmujące się MOF-ami są na każdym uniwersytecie. Mam nadzieję, że ten Nobel będzie iskrą, dzięki której nastąpi intensyfikacja prac nad MOF-ami także w Polsce – podsumował prof. Janusz Lewiński.

Anna Bugajska (PAP)

abu/ zan/ mhr/