Projekti / Programi
Spektroskopija molekul ujetih v mikropore in mezopore aluminofosfatnih in kovinsko-organskih materialov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.01 |
Naravoslovje |
Kemija |
Fizikalna kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
dostavni sistemi zdravilnih učinkovin, dolgotrajno shranjevanje toplote, separacija in shranjevanje ogljikovega dioksida, kovinsko-organski porozni materiali, aluminofosfati, jedrska magnetna resonanca, rentgenska absorpcijska spektroskopija, adsorpcijska mesta, interakcije znotraj por
Raziskovalci (11)
Organizacije (2)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
21.407 |
| 2. |
1540 |
Univerza v Novi Gorici |
Nova Gorica |
5920884000 |
14.401 |
Povzetek
V okviru projekta bomo na mikroskopskem nivoju proučevali adsorpcijo molekul v mikropore in mezopore kovinsko-organskih in aluminofosfatnih materialov. Študija se bo nanašala na tri vrste uporabe materialov, na dostavo in kontrolirano sproščanje zdravilnih učinkovin, na dolgoročno shranjevanje toplote, ki temelji na reverzibilni sorpciji vode, in na ločevanje in shranjevanje ogljikovega dioksida. V okviru projekta bomo pretežno uporabljali dve zelo zmogljivi in komplementarni spektroskopski metodi, jedrsko magnetno resonanco in rentgensko absorpcijsko spektroskopijo. Tako bomo kot lokalne sonde, ki nam bodo omogočile mikroskopski vpogled v pore, uporabljali skoraj vse gradnike ogrodja poroznih materialov in adsorbiranih molekul, od atomov vodika in ogljika, do aluminija, fosforja in mnogih kovinskih atomov. Z navedenima spektroskopskima metodama bomo pridobili eksperimentalne podatke o adsorpcijskih mestih in naravi in jakosti interakcij pri adsorpciji molekul zdravilnih učinkovin, molekul vode in molekul ogljikovega dioksida na atomskem nivoju. Pri dostavnih sistemih zdravilnih učinkovin bomo največji poudarek namenili študiju fizikalnega stanja učinkovine v porah, študiju mehanizma vključevanja in sproščanja molekul učinkovine ter raziskavi interakcij med molekulami zdravilne učinkovine in stenami poroznega nosilca. Pri materialih za shranjevanje toplote bomo natančno identificirali adsorpcijske centre v ogrodju poroznih materialov in primerjali postopno adsorpcijo in temperaturni potek desorpcije molekul vode v ogrodjih z in brez funkcionalnih skupin. Podobno bomo vpliv polarnih funkcionalnih skupin in koordinacijsko nezasičenih kovinskih centrov na adsorpcijo molekul opazovali tudi v materialih za ločevanje in shranjevanje ogljikovega dioksida. Opisane raziskave bodo obogatile naše razumevanje adsorpcije in osvetlile, katere so želene lastnosti uporabnih materialov na področju dostavnih sistemov zdravilnih učinkovin in sistemov za shranjevanje plinov in energije. To bo omogočilo načrtovanje novih učinkovitejših materialov.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru projekta smo izvedli unikatno študijo adsorpcije molekul v mikropore in mezopore kovinsko-organskih in aluminofosfatnih materialov na mikroskopskem nivoju. Študija se je nanašala na tri vrste uporabe materialov, na dostavne sisteme zdravilnih učinkovin, na sisteme za shranjevanje in črpanje toplote in na sisteme za shranjevanje in separacijo ogljikovega dioksida. Čeprav so raziskave materialov za te aplikacije že potekale, pa je bilo doslej predstavljenih le malo neposrednih eksperimentalnih podatkov o dejanskem položaju in dejanskih interakcijah molekul zdravilne učinkovine, molekul vode in molekul ogljikovega dioksida v mikroporah in mezoporah. V okviru projekta smo izvedli temeljito študijo, ki nam je ponudila mikroskopski vpogled in eksperimentalne podatke o adsorpcijskih mestih in naravi in jakosti interakcij pri adsorpciji navedenih molekul. Študija je v nekaterih primerih kombinirala dve zmogljivi komplementarni spektroskopski metodi, jedrsko magnetno resonanco in rentgensko absorpcijsko spektroskopijo. Tako smo kot lokalne sonde lahko uporabljali skoraj vse gradnike ogrodja poroznih materialov in adsorbiranih molekul, od atomov vodika in ogljika, do aluminija, fosforja in mnogih kovinskih atomov (železa, kroma, magnezija, kalcija). Raziskave so zato obogatile naše razumevanje adsorpcije in osvetlile, katere so želene lastnosti uporabnih materialov na področju dostavnih sistemov zdravilnih učinkovin in sistemov za shranjevanje plinov in energije. To bo omogočilo načrtovanje novih učinkovitejših materialov. Kombiniran pristop s komplementarnima spektroskopskima metodama bo lahko služil tudi kot model za študij kompleksnih sistemov, tudi neurejenih, ki ne kažejo reda dolgega dosega.
Pomen za razvoj Slovenije
Dostavni sistemi zdravilnih učinkovin so izredno zanimiva družina farmacevtikov. Na podlagi izsledkov tega projekta smo se naučili, kako lahko spremenimo fizikalno-kemijske lastnosti zdravila z določeno učinkovino s tem, da ga vgradimo v mezoporozne nosilce. Ker imamo v Sloveniji dve uspešni in razvojno usmerjeni farmacevtski družbi, bo to znanje zanju zanimivo. Zaradi dosedanjega sodelovanja s farmacevtskimi družbami se zavedamo tudi pomena, ki ga imajo sodobne karakterizacijske metode za študij učinkovine in za študij interakcij med učinkovino in nosilcem v farmacevtskih izdelkih. V okviru projekta smo razvili enostavno in zmogljivo novo metodo za študij heterogenih materialov. To metodo bi s pridom lahko uporabljali tudi za študij farmacevtskih izdelkov, zato upamo, da bo pritegnila pozornost slovenske farmacevtske industrije. Materiali za shranjevanje toplote so v Sloveniji pomembni z dveh stališč. Njihova proizvodnja in trženje sta lahko zanimivi za gospodarstvo, njihova raba pa je lahko izredno pomembna zaradi varovanja okolja. Glede na svojo geografsko lego in svoje podnebje bi Slovenija z možnostjo shranjevanja sončne in odpadne toplote na daljši rok pri ogrevanju in ohlajevanju stavb lahko dosegla izredno visoke energijske prihranke. Raziskave, ki smo jih izvedli v okviru predlaganega projekta, kažejo, da bi komercialno uporabni materiali za shranjevanje toplote lahko postali zeolitom podobni aluminofosfatni. Prav s sorodnimi aluminosilikatnimi zeolitnimi materiali pa ima bogate izkušnje podjetje Silkem iz Kidričevega, s katerim že sodelujemo pri razvoju materialov. To podjetje bi lahko hitro priredilo svoje proizvodne zmogljivosti za pripravo materialov za shranjevanje toplote. Še pred prenosom znanja o pripravi materiala z laboratorijske na proizvodno skalo pa bi bilo treba izvesti bolj aplikativno naravnane raziskave, pri katerih bi razvit mikroporozni aluminofosfat testirali v napravah za ogrevanje in ohlajevanje. Po prvih poskusih navezovanja stikov slovenska podjetja žal niso izkazala zanimanja za izsledke naših raziskav in za nadaljevanje aplikativnih raziskav. (Se je pa odzvalo nemško podjetje, ki razvija klimatske naprave in toplotne črpalke.) Na področju materialov za separacijo in shranjevanje plinov se kot najbolj obetavni kažejo kovinsko-organski porozni materiali. Ker sodijo v zelo mlado in manj preskušeno družino materialov, bo uporaba izsledkov raziskav v gospodarstvu tu časovno nekoliko bolj oddaljena kot v prejšnjih dveh primerih. Vseeno pa gre tudi za slovenske razmere za pomembno področje in za lepo priložnost, saj bodo materiali za separacijo in shranjevanje ogljikovega dioksida med drugim našli svojo uporabo pri prečiščevanju izpušnih plinov v industriji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
