Projekti / Programi
Polimeri in polimerni materiali s posebnimi lastnostmi
01. januar 2019
- 31. december 2024
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.03 |
Tehnika |
Materiali |
Polimerni materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P370 |
Naravoslovno-matematične vede |
Makromolekularna kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
polimerizacija z odpiranjem obroča, emulzijsko templatiranje, blok kopolimeri, polipeptidi, biomimetična ogrodja, tkivno inženirstvo, funkcionalizirani alifatski poliestri, trajnostni polimeri, nanokompoziti, nanoceluloza, reciklaža, čiščenje vod, krožno gospodarstvo, nizko-ogljična družba
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
30. marec 2023;
A3 za obdobje 2017-2021
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
383 |
9.026 |
7.899 |
20,62 |
| Scopus |
382 |
9.865 |
8.706 |
22,79 |
Raziskovalci (30)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.838 |
Povzetek
Predlagani program obsega več trenutno aktualnih izzivov na področju polimernih materialov. Hibridni kopolimeri osnovani na polipeptidih, ki jih pripravimo s polimerizacijo z odpiranjem obroča (ROP), sinergistično integrirajo lastnosti in funkcije biomakromolekul in sintetičnih polimerov v enem samem hibridnem materialu in tako omogočajo nove in edinstvene aplikacije na področjih nanotehnologije in biotehnologije. Za pripravo takšnih hibridnih polimerov v programu predlagamo preprost enostopenjski sintetični postopek z zaporednim dodajanjem monomerov, ki se razlikujejo ne le v kemijski reaktivnosti, temveč tudi propagirajo preko različnih končnih skupin. Poleg tega nameravamo s kombinacijo ROP in emulzijskega templatiranja pripraviti makroporozna ogrodja na osnovi sintetičnih polipeptidov, ki predstavljajo obetavno alternativo trenutno obstoječim 3D ogrodjem za rast celic, tkivno inženirstvo in regenerativno medicino. Takšna biomimetična ogrodja bodo prednostno združevala morfološke značilnosti poliHIPE materialov in edinstvene lastnosti sintetičnih polipeptidov. ROP bomo uporabili tudi za pripravo alifatskih poliestrov, ki jih odlikujejo lastnosti kot so (bio)razgradljivost, biozdružljivost in dobre mehanske lastnosti. Alifatski poliestri so že uveljavljeni materiali v biomedicini, v zadnjem času pa so deležni vse več pozornosti predvsem v aplikacijah, ki zahtevajo trajnostne materiale. Fizikalne lastnosti poliestrov lahko prilagajamo s kemijsko sestavo in arhitekturo, vendar pa konvencionalni alifatski poliestri v strukturi ne vsebujejo funkcionalnih skupin, zaradi česar je širitev njihove uporabe v veliki meri omejena. Eden od ciljev programa je zato uvesti funkcionalne skupine v glavno verigo poliestrov z ROP funkcionaliziranih laktonskih/laktidnih monomerov, pripravljenih iz bio-osnovane levulinske kisline. Takšen način predstavlja obetaven in inovativen pristop k razvoju materialov s posebnimi lastnostmi.
Področje polimernih nanokompozitov obsega inovativne π-konjugirane polielektrolitske poliHIPE polimere z vgrajenimi nanostrukturiranimi kovinskimi oksidnimi polprevodniki. V tem primeru bomo reakcije za tvorbo C-C vezi izvedli HIP emulzijah in tako pripravili makroporozne nanokompozite za čiščenje odpadnih vod s foto-oksidacijo. Ena od tematik raziskovalnega programa je tudi modifikacija površine nanoceluloze na način, da bomo dosegli maksimalni ojačevalni potencial nanoceluloze preko nastanka t.i. perkolacijske mreže v polimerni matrici in na ta način znatno izboljšanji mehanskih lastnosti termoplastičnih polimerov.
Okoljski vidik plastike obsega študije, povezane z onesnaževanjem okolja s plastičnimi materiali, kot tudi nove pristope k recikliranju polimernih materialov, kjer se bomo osredotočili na razvoj novih postopkov depolimerizacije/degradacije z uporabo mikrovalov. Obe omenjeni področji sta pomembni iz stališča zmanjšanje okoljskega odtisa polimerov in prehoda v nizko-ogljično družbo in trajnostno, krožno gospodarstvo.
Pomen za razvoj znanosti
Vse predlagane tematike programa presegajo trenutno stanje na področju predlaganih raziskav in naslavljajo nekatere zelo aktualne izzive v polimerni znanosti, kot je razloženo v nadaljevanju.
Hibridni blok kopolimeri na osnovi polipeptidov so v zadnjem času zelo zanimivi na področju ved o materialih, ker v enem hibridnem materialu sinergistično združujejo lastnosti in funkcije biomakromolekul in sintetičnih polimerov. Izboljšave na področju kontrolirane sinteze hibridnih blok kopolimerov omogočajo nove in edinstvene možnosti za nadzor njihove strukture in končnih lastnosti, kar odpira nove možnosti aplikacij na različnih področjih, kot je nanotehnologija (npr. biosenzorji in medicinska diagnostika) in biotehnolgija (npr. napredni dostavni sistemi zdravilnih učinkovin, tkivno inženirstvo in vsadki). Področje načrtovanja in sinteze takšnih hibridnih blok kopolimerov je zelo dinamično, saj se za takšne materiale neprestano iščejo nove lastnosti in aplikacije. V tem programu predlagamo enostavno sintezo polipeptidnih hibridnih blok kopolimerov v eni reakcijski zmesi z zaporednim dodajanjem monomerov, ki se razlikujejo ne le po kemijski reaktivnosti, ampak tudi propagirajo preko različnih končnih skupin, kar je velik izziv v polimerni znanosti. Pričakujemo, da bo predlagan sintetični pristop bistveno poenostavil pripravo dobro-definiranih hibridnih blok kopolimerov na osnovi polipeptidov, s čimer bodo takšni materiali postali lažje dostopni in bodo s tem lažje izpolnili velik potencial v različnih aplikacijah.
Ogrodja na osnovi sintetičnih polipeptidov, pripravljena z emulzijskim templatiranjem, predstavljajo obetavno alternativo trenutno dostopnim 3D ogrodjem za gojenje celic, tkivno inženirstvo in regenerativno medicino, saj bodo izkazovali nedvoumne prednosti pred trenutno obstoječimi materiali v tem, da bodo združevali morfološke lastnosti poliHIPE materialov z edinstvenimi lastnostmi sintetičnih polipeptidov; torej kombinacija, ki je trenutno še nerešen izziv. Biomimetična ogrodja na osnovi sintetičnih polipeptidov z makroporozno 3D strukturo tako predstavljajo napredna polimerna ogrodja, ki do sedaj še niso bili raziskana. Takšni materiali bodo združevali vse pomembne lastnosti v enem samem materialu in tako predstavljajo novo generacijo biokompatibilnih in biorazgradljivih makroporoznih ogrodij. Rezultati na tej tematiki bodo relevantni za razvoj polimerne znanosti, saj bodo visoko-zmogljiva poliHIPE ogrodja na osnovi sintetičnih polipeptidov pripravljena z novo sintezno metodologijo, ki vključuje polimerizacijo z odpiranjem obroča (ROP) N-karboksianhidridnih monomerov v kontinuirni fazi emulzij z visokim deležem notranje faze (HIPE), kar do sedaj še ni bilo izvedeno in predstavlja polimernim znanstvenikom velik izziv. Ugotovitve, pridobljene tekom projekta bodo, zaradi interdisciplinarne narave te tematike, zanimive tudi na področjih kot so koloidna kemija, vede o materialih in biokemija.
Alifatski poliestri, ki jih odlikuje biorazgradljivost, biokompatibilnost in dobre mehanske lastnosti, so v zadnjem času deležni velike pozornosti na področjih uporabe, ki zahtevajo biorazgradljive alternative konvencionalnim termoplastičnim polimerom in na področju biomedicine. Fizikalne lastnosti poliestrov lahko prilagajmo z njihovo kemijsko sestavo in arhitekturo, vendar konvencionalni poliestri v strukturi ne vsebujejo funkcionalnih skupin, zaradi česar je širitev področja uporabe alifatskih poliestrov omejena. Uvedba funkcionalnih skupin v glavno verigo poliestrov z ROP predstavlja nov pristop h kreiranju materialov z novimi lastnostmi, kar bo pomemben prispevek k enem od ciljev polimerne znanosti. V ta namen smo predlagali nove kemijske transformacije bio-osnovane levulinske kisline v nove funkcionalizirane laktonske/laktidne monomere, ki bodo primerni za pripravo naprednih funkcionaliziranih alifatskih (ko)poliestrov, ki predstavljajo nove trajnostne polimerne materiale, ki lahko na določenih po
Pomen za razvoj Slovenije
Potencialni vpliv na razvoj na področju gospodarstva: sodelovanje pri nastajanju novih proizvodov, tehnologij, tehnoloških rešitev, inovacij
Rezultati programa bodo poleg prispevka k zakladnici znanja tudi aplikativnega značaja, z možnostjo nadgradnje v višjo TRL stopnjo preko nacionalnih in mednarodnih projektov ali preko neposrednega prenosa znanja v industrijo. Npr. biorazgradljiva makroporozna ogrodja z dobro-definirano morfologijo in funkcionalnostjo sledijo zahtevam po novih materialih in tehnologijah v biomedicinskih aplikacijah, kot so gojenje celic, tkivno inženirstvo in regenerativna medicina. Po drugi strani bodo makroporozni nanokompozitni fotokatalizatorji imeli velik tržni potencial zaradi ekonomsko privlačnega procesa čiščenja odpadnih voda. Raziskave inovativnih modifikacij nanoceluloze in razvoj tehnologij za pripravo nanokompozitov z izboljšanimi mehanskimi lastnostmi bodo podjetjem v avtomobilski, letalski in elektronski industriji kot tudi v biomedicini lahko omogočila razvoj novih tehnoloških rešitev in razvoj inovativnih materialov z višjo dodano vrednostjo in s tem boljšo pozicijo podjetij na trgu.
Potencialni vpliv na razvoj družbenih in kulturnih dejavnosti
Zanimanje za prisotnost plastičnih delcev v okolju (tla, zrak in voda) in njihov vpliv na organizme in človeško zdravje narašča med znanstveniki, prav tako pa narašča tudi zaskrbljenost širše javnosti in oblikovalcev politik. Zato bomo z veliko pozornostjo obravnavali vpliv mikro- in nano-plastičnih onesnaževal na zdravje in na okolje, ki jih bomo podprli z ustreznimi znanstvenimi eksperimenti in rezultati.
Ogrodja na osnovi sintetičnih polipeptidov, pripravljena z emulzijskim templatiranjem, za gojenje celic, tkivno inženirstvo in regenerativno medicino kot tudi visoko porozni nanokompozitni poliHIPE fotokatalizatorji naslavljajo nekatere bistvene izzive sodobne družbe, kot sta skrb za zdravje in čiščenje voda, zato bo uspešna implementacija zastavljenih ciljev na dolgi rok lahko imela velik vpliv na družbo.
Novi bio-osnovni in biorazgradljivi polimerni materiali, kot so funkcionalizirani aliftaski (ko)poliestri, ki nudijo možnost nadomeščanja izdelkov iz neobnovljivih virov imajo za cilj večjo trajnostno uporabo polimerov. Po drugi strani pa je cilj najsodobnejših postopkov recikliranja usmerjen v težko reciklabilne materiale kot tudi v reciklažo cenjenih polimernih materialov, iz katerih lahko pridobimo drage izhodne surovine ali pa nepoškodovana vlakna (ogljikova vlakna). Obe omenjeni področji sta pomembni iz stališča zmanjševanja vpliva polimerov na okolje in za prehod v nizko-ogljično družbo in trajnostno krožno gospodarstvo.
Na vseh področjih bomo izobraževali mlajše raziskovalce, ki bodo pridobili potrebne kompetence na področju naprednih visoko-tehnoloških kot tudi trajnostnih materialov, ki jih gospodarstvo in družba potrebuje. Uporabni vidik raziskav se ne bo odražal le v aplikacijah in ekonomskih priložnostih, ampak tudi v razvoju človeških virov in v novih delovnih mestih.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
