Oddział Fizykochemii Biomedycznej jest najmłodszym Oddziałem w INTiBS – oddział powstał w 2021 roku w odpowiedzi na rosnące zainteresowanie wykorzystaniem nowoczesnych nanomateriałów w zastosowaniach biomedycznych. Pracownicy Oddziału opracowują nowe znaczniki luminescencyjne do (bio)obrazowania i (bio)detekcji wielkości fizycznych (temperatura, ciśnienie), chemicznych i biochemicznych, nowoczesne nanomateriały do uzupełniania ubytków kostnych, a także materiałów o działaniu bakteriobójczym. W tym celu wykorzystywane są różnorodne metody syntezy nanomateriałów  i nowoczesne metody badania właściwości strukturalnych i spektroskopowych.

Oddział składa się z dwóch tematycznych grup badawczych:

  • LuNASI – Luminescence Nanoparticles for Sensing and Imaging (WEB PAGE)
    • prof. dr hab. inż. Artur Bednarkiewicz –grupa specjalizuje się w otrzymywaniu i badaniu lawinowej emisji fotonów, biodetekcji, bioobrazowaniu, modelowaniu dynamiki / kinetyki luminescencji, budowie układów optycznych i pomiarowych
    • dr hab. Łukasz Marciniak, prof. INTiBS PAN– grupa specjalizuje się w opracowaniu nowych materiałów i technik stosowanych w termometrii luminescencyjnej, manometrii luminescencyjnej, luminescencyjnych mierników pH oraz gęstości mocy optycznej oraz konwerterów światła na ciepło domieszkowanych jonami lantanowców i metali przejściowych
  • BBRA - Biomaterials for Bio-Related Applications
    • prof. dr hab. Rafał Wiglusz - grupa pracuje nad nanorozmiarowymi materiałami (np. hydroksyaptyty (nHAp)) domieszkowanymi jonami metali ziem rzadkich, a także jonami metali alkalicznych, które mogą być wykorzystane do zastosowań teranostycznych (terapia+diagnostyka). Kolejnym ważnym obszarem badań są biomateriały, takie jak hydrożele i polimery, które mogą znaleźć wiele różnych zastosowań w medycynie, np. gojenie ran, dostarczanie leków itp. Połączenie tych dwóch dziedzin stwarza wszechstronny i interdyscyplinarny potencjał badawczy, dzięki czemu naukowcy mają znaczący wkład w poprawę jakości życia. 

Kierownikiem oddziału jest prof. dr hab. Artur Bednarkiewicz.

TEMATYKA BADAWCZA:

  • Nowe znaczniki luminescencyjne, nowe metody detekcji i analizy właściwości luminescencyjnych z wykorzystaniem bezpromienistego rezonansowego transferu energii FRET.
  • Nowe znaczniki luminescencyjne do obrazowania wielkości fizycznych (temperatury, ciśnienia) i chemicznych (pH), w tym do obrazowania poniżej limitu dyfrakcji światła
  • Nowoczesne nanomateriały do uzupełniania ubytków kostnych
  • Materiały przeciwbakteryjne
  • Materiały wielofunkcyjne
  • Biomateriały do zastosowań medycznych
  • Materiały fotoniczne

REPREZENTATYWNE PUBLIKACJE (2018-2022)

CZUJNIKI BIOLOGICZNE

  • Engineering architecture of core-shell upconverting lanthanide-doped nanoparticles for optimal donor in resonance energy transfer, Aleksandra Pilch-Wrobel, Agata M. Kotulska, Satu Lahtinen, Tero Soukka*, Artur Bednarkiewicz*, Small 2022, e2200464
  • Enhancing FRET biosensing beyond 10 nm with photon avalanche nanoparticles, A.Bednarkiewicz, E.Chan, K.Prorok, Nanoscale Adv., 2020,2, 4863-4872
  • Single-Cell Biodetection by Upconverting Microspinners, Elisa Ortiz-Rivero, Katarzyna Prorok, Michał Skowicki, Dasheng Lu, Artur Bednarkiewicz,* Daniel Jaque,* and Patricia Haro-González, Small 2019, 15(46), 1904154

TERMOMETRIA LUMINESCENCYJNA

  • Marciniak, W. Piotrowski, M. Szalkowski, V. Kinzhybalo, M. Drozd, M. Dramicanin, A. Bednarkiewicz, Highly sensitive luminescence nanothermometry and thermal imaging facilitated by phase transition, Chem Eng J 427 (2022) 131941.
  • Drabik, L. Marciniak, Excited-state absorption for ratiometric thermal imaging, ACS Appl Mater &Interf, 13 (2021) 1261–1269.
  • Piotrowski, K. Trejgis, K. Maciejewska, K. Ledwa, B. Fond, L. Marciniak, Thermochromic luminescent nanomaterials based on Mn4+/Tb3+ codoping for temperature imaging with digital cameras, ACS Appl Mater & Interf, 12 2020) 44039-44048.
  • Wujczyk, A. Watras, K. Szyszka, R.J. Wiglusz, Influence of vanadium concentration on up-conversion luminescence in Er3+-Yb3+ and Tm3+-Yb3+ ions pair co-doped YVxP1− xO4 solid state solution, Journal of Alloys and Compounds, 884 (2021) 161022.

LAWINOWA EMISJA FOTONÓW

  • Photon avalanche in nanoparticles goes multicolour, A.Bednarkiewicz* and M.Szalkowski, Nature Nanotechnology, News & Views DOI 10.1038/s41565-022-01100-9
  • Giant nonlinear optical responses from photon avalanching nanoparticles, Changhwan Lee, Emma Xu, Yawei Liu, Ayelet Teitelboim, Kaiyuan Yao, Angel Fernandez-Bravo, Agata Kotulska, Sang Hwan Nam, Yung Doug Suh, Artur Bednarkiewicz, Bruce E. Cohen, Emory M. Chan, P. James Schuck, Nature, vol 592, no.7841 (14.01.2021) + cover page

BIOOBRAZOWANIE

  • Near-Infrared Excited Luminescence Imaging of HeLa Cells by Using Mn2+ Enhanced Tb3+, Yb3+ Cooperative Upconversion in NaYF4 Nanocrystals, Katarzyna Prorok, Michał Skowicki, Agnieszka Kowalczyk, Tomasz Lipiński, Artur Bednarkiewicz, Nanoscale Adv., 2019,1, 3463-3473
  • Luminescence based temperature bio-imaging: status, challenges and perspectives, A.Bednarkiewicz, J. Drabik, K. Trejgis, D. Jaque, E. Ximendes, L. Marciniak, Applied Physics Reviews 2021, APPLIED PHYSICS REVIEWS 8 (1)
  • Szyszka, S. Targońska, A. Lewińska, A. Watras, R.J. Wiglusz, Quenching of the Eu3+ luminescence by Cu2+ ions in the nanosized hydroxyapatite designed for future bio-detection, Nanomaterials, 11 (2021) 464.

KONWERSJA ŚWIATŁA NA CIEPŁO

  • Marciniak, A. Pilch, S. Arabasz,  D. Jin, A. Bednarkiewicz, Heterogeneously Nd3+ Doped Single Nanoparticles for NIR-induced Heat Conversion, Luminescence, and Thermometry, Nanoscale, 9 (2017) 8288-8297.
  • Marciniak, K. Kniec, K. Elzbieciak, A. Bednarkiewicz Non-plasmonic NIR-Activated Photothermal Agents for Photothermal Therapy. In: Benayas A., Hemmer E., Hong G., Jaque D. (eds) Near Infrared-Emitting Nanoparticles for Biomedical Applications. Springer, Cham (2020) 305-347.
  • Pasciak, A. Pilch-Wróbel, L. Marciniak, P. J. Schuck, A. Bednarkiewicz, Standardization of light-to-heat conversion efficiency of colloidal nanoheaters, ACS Appl Mater Interfaces 13 (2021) 44556–44567.

BIOMATERIAŁY 

  • Sobierajska, N. Nowak, J. Rewak-Soroczynska, S. Targonska, A. Lewińska, L. Grosman, R.J. Wiglusz, Investigation of topography effect on antibacterial properties and biocompatibility of nanohydroxyapatites activated with zinc and copper ions: In vitro study of colloids, hydrogel scaffolds and pellets, Materials Science and Engineering: C (2021) 112547.
  • Nowak and R.J. Wiglusz, A Study of Vanadate Group Substitution into Nanosized Hydroxyapatite Doped with Eu3+ Ions as a Potential Tissue Replacement Material, Nanomaterials, 12 (2022) 77.
  • J. Wiglusz, Nanostructural Materials with Rare Earth Ions: Synthesis, Physicochemical Characterization, Modification and Applications, Nanomaterials, 11 (2021) 1848.

BIOPOLIMERY

  • Sara Targonska, Monika Dobrzynska-Mizera, Marta Wujczyk, Justyna Rewak-Soroczynska, Monika Knitter, Katarzyna Dopierala, Jacek Andrzejewski, Rafal J Wiglusz, New way to obtain the poly (L-lactide-co-D, L-lactide) blend filled with nanohydroxyapatite as biomaterial for 3D-printed bone-reconstruction implants, European Polymer Journal, 165 (2022) 110997.
  • Konrad Szustakiewicz, Małgorzata Gazińska, Bartłomiej Kryszak, Michał Grzymajło, Jacek Pigłowski, Rafał J Wiglusz, Masami Okamoto, The influence of hydroxyapatite content on properties of poly (L-lactide)/hydroxyapatite porous scaffolds obtained using thermal induced phase separation technique, European Polymer Journal, 113 (2019) 313-320.
  • Rewak-Soroczynska, P. Sobierajska, S. Targonska, A. Piecuch, L. Grosman, J. Rachuna, S. Wasik, M. Arabski, R. Ogorek, R. J. Wiglusz, New Approach to Antifungal Activity of Fluconazole Incorporated into the Porous 6-Anhydro-α-l-Galacto-β-d-Galactan Structures Modified with Nanohydroxyapatite for Chronic-Wound Treatments-In Vitro Evaluation, International Journal of Molecular Sciences, 22 (2021) 3112.

BIOMEDYCYNA 

  • Sobierajska, B. Pozniak, M. Tikhomirov, J. Miller, L. Mrowczynska, A. Piecuch, J. Rewak-Soroczynska, A. Dorotkiewicz-Jach, Z. Drulis-Kawa, R.J. Wiglusz, Multifunctionality of Nanosized Calcium Apatite Dual-Doped with Li+/Eu3+ Ions Related to Cell Culture Studies and Cytotoxicity Evaluation In Vitro, Biomolecules, 11 (2021) 1388.
  • Kuzan, M. Wujczyk, R.J. Wiglusz, The Study of the Aorta Metallomics in the Context of Atherosclerosis, Biomolecules, 11 (2021) 946.
  • Rybak, M. Janeczek, M. Dobrzynski, M. Wujczyk, A. Czerski, P. Kuropka, A. Noszczyk-Nowak, M. Szymonowicz, A. Sender-Janeczek, K. Wiglusz, R.J. Wiglusz, Study of Flebogrif®—A New Tool for Mechanical Sclerotherapy—Effectiveness Assessment Based on Animal Model, Nanomaterials, 11 (2021) 544.

PRZYKŁADOWE PATENTY I WNIOSKI PATENTOWE

2021     Polish patent application P.437330 Układ pomiarowy oraz sposób do wyznaczania sprawności konwersji światła z zakresu VIS i NIR na ciepło w nanomateriałach koloidalnych, A.Paściak, A.Bednarkiewicz, Ł.Marciniak (17.03.2021, P.437330)

2017       PCT/PL2017/050015 - A luminescence detector for temperature measurement  and a method of non-contact temperature measurement of the objects. – pending Ł. Marciniak, A. Bednarkiewicz, D. Hreniak, W. Strek

2016       P.416543 - Detektor luminescencyjny przeznaczony do pomiaru temperatury oraz sposób bezkontaktowego pomiaru temperatury obiektów – zgłoszony Ł. Marciniak, A. Bednarkiewicz, D. Hreniak, W. Strek

2009       B1 (11) 229920 -  Sposób wytwarzania nanokrystalicznych czystych hydroksy- apatytów Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ - R.J. Wiglusz

2017      WO 2017/131540 A2 – Nanocristalline calcium hydroxyapatite, methode for its manufacture and use therefore in regenerative medicine – R.J. Wiglusz, K. Marycz.

NAJWAŻNIEJSZA APARATURA

  1. Odwrócony fluorescencyjny Mikroskop Nikon sprzężony z laserowym wzbudzeniem i pomiarem kinetyk, widm luminescencji i zależności intensywności luminescencji od mocy pobudzenia (Andor Shemrock i500, Newton CCD, 3-kanałowy chłodzony fotopowielacz)
  2. Z-sizer Malvern
  3. Spektrometr FLS 1000
  4. Mikroskop konfokalny Olympus FV1200
  5. Nanosight NS 500

LISTA PRACOWNIKÓW