Projekti / Programi
Bio in ?nano integrirani procesi za ciljno (več)funkcionalno obdelavo sintetičnih materialov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.14.02 |
Tehnika |
Tekstilstvo in usnjarstvo |
Tekstilna kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T470 |
Tehnološke vede |
Tekstilna tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Karbonske-TiO2-nanocevke; Bio-fenolne spojine; Encimi; Funkcionalizacija; Sintetični materiali; Protimikrobne lastnosti
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
25790 |
dr. Mojca Božič |
Kemijsko inženirstvo |
Vodja |
2013 - 2015 |
218 |
Organizacije (1)
Povzetek
Tematika raziskovalnega projekta se nanaša na področje raziskav in razvoja visoko aktivnih protimikrobnih sintetičnih materialov. Obsega encimsko pripravo in karakterizacijo novih funkcionalnih polimerov ter z njimi modificiranje karbonskih-TiO2-nanocevk kot tudi integracijo modificiranih nanocevk na sintetične aromatske polimere (npr. polietilen tereftalat, polibutilen tereftalat, poliuretan itd.).
Prvi cilj projekta je povečati fotokatalitično aktivnost (t.j. protimikrobno delovanje) ter biokompatibilnost karbonskih-TiO2-nanocevk. To bomo dosegli s permanentno modifikacijo ogljikovih-TiO2-nanocevk preko vezave encimsko sintetiziranih polimerov t.j. fotosenzibilizatorjev na zunanje stene nanocevk, ki jo bomo izvedli na mestu z biokatalizatorji/encimi. Postopek bo temeljil na encimski oksidaciji naravnih nizko molekularnih fenolov, pri čemer nastanejo fenolni radikali, ki v stiku s C=C vezjo nanocevke tvorijo novo radikalno mesto na nanocevki in s tem omogočajo kovalentno povezovanje preko radikalskih reakcij. V ta namen bomo uporabili oksidaze različne katalitične aktivnosti, in sicer regijo- in kemijsko-selektivno delujoče tirosinaze in lakaze. Raziskave modificiranih nanocevk bodo podprte s kemijsko, strukturno in morfološko analizo ter z opredelitvijo njihovih protimikrobnih in biorazgradljivih lastnosti.
Drugi cilj projekta je permanentna vezava visoko aktivnih modificiranih nanocevk na površino izbranih sintetičnih polimerov ter s tem zagotoviti trajnost specifičnega učinka (t.j. protimikrobne aktivnosti).
Modificirane ogljikove-TiO2-nanocevke, z najučinkovitejšim fotokatalitičnim delovanjem, bomo preko radikalske reakcije kovalentno vezali na aromatske polimere. Encimsko vezavo preko C-C, C-O in C-N vezi bomo izvajali neposredno in/ali posredno z uporabo mediatorjev.
Poseben izziv za ekološko učinkovito funkcionalizacijo bo razvoj na-mestu istočasne sinteze in vezave fotosenzibilizator-ogljikovih-TiO2-nanocevk na aromatske polimerne površine. To bomo dosegli z inženiringom reakcijskega medija (t.j. koncentracija substrata in encima in njihovo časovno doziranje, pH reakcije, temperatura itd.).
Pomen za razvoj znanosti
Znanstvena relevantnost projekta se najboljše odraža v rezultatih: (i) Pojasnili smo strukturno odvisnost različnih fenolov, uporabljenih kot substrati pri lakazni katalizirani oksidaciji, na sintezo novih funkcionalnih obarvanih spojin. Z obsežnimi raziskavami, ki smo jih opravili v okviru tega projekta, smo pojasnili odvisnost encimskih reakcijskih pogojev na strukturno različne fenolne derivate (t.j. nastanek radikalnega kationa, izločitev vodika, stabilizacija fenolnega radikala itd). Poleg tega smo pojasnili kvantitativno-strukturno odvisnost težnje med vezavo ali medsebojno polimerizacijo različnih fenolnih struktur. (ii) Kombinacija različnih visoko razvitih eksperimentalnih tehnik (ATR-FTIR, Raman, XPS, SEM in EPR) je v prvi fazi omogočila določitev kemije na površini karbonskih-TiO2-nanocevk ter v drugi fazi kemijo med modificiranimi nanocevkami in aromatskimi sintetičnimi materiali. To je pripomoglo pridobiti poglobljeno znanje o oblikovanju, strukturi, reaktivnosti in funkcionalnosti ter razumevanju njihovih medsebojnih razmerij. (iii) Nova spoznanja na področju sintetičnih polimerov, kot so procesi aktivacije in ciljne funkcionalizacije polimernih površin, karakterizacija in optimizacija funkcionalnih lastnosti in predlagana metodologija še bodo objavljena v mednarodnih znanstvenih revijah s faktorjem vpliva SCI. S tem bomo obogatili in nagradili obstoječa znanja na številnih znanstvenih področjih (npr. znanosti vlaken in materialov, znanosti fotokatalize, znanosti o polimerni kemiji in biofiziki ter znanosti nanotehnologije in biotehnologije). Da bi nova spoznanja bila dostopna tudi domačim strokovnjakom, bodo izbrani članki predstavljeni tudi v nacionalni znanstveni in strokovni publicistiki ter na strokovnih konferencah. Tako bomo omogočili razpravo in izmenjavo idej tudi znotraj slovenske znanstvene skupnosti.
Pomen za razvoj Slovenije
Sinteza protimikrobno visoko učinkovitih modificiranih ogljikovih-TiO2-nanocevk in razvoj okolju prijaznih funkcionalizacijskih procesov za številne aromatske polimere, ki omogočajo enostopenjsko kontinuirano sintezo in vezavo ter s tem serijsko proizvodnjo protimikrobnih sintetičnih površin, bo vodilo k pridobitvi tehnološkega znanja in možnostim za prijavo patentov. Širitev znanja in morebitna uporaba patenta za stroškovno učinkovito proizvodnjo protimikrobnih sintetičnih materialov bo omogočila večjo konkurenčnost slovenskih in evropskih proizvajalcev. Pridobljeno znanje in izkušnje bomo lahko neposredno uporabili v različnih slovenskih tekstilnih in avtomobilskih podjetjih, kot so npr. Juteks, eno izmed pomembnejših slovenskih proizvajalcev talnih oblog ali Johnson Controls NTU, proizvajalec avtomobilskih in pohištvenih izdelkov. Juteksove talne obloge so izdelane v skladu z najsodobnejšo tehnologijo iz kakovostnih kompozitnih materialov (npr. s poliuretanskim površinskim slojem). V njihovo ponudbo so vključene tudi protimikrobne talne obloge. Trenutno podjetje uporablja Vanquish SL10 kot protimikrobni aditiv. Zaradi visoke cene (15€/kg) in okoljskih omejitev (Vanquish SL10 je razvrščen med Xn – zdravju škodljivo in N – nevarno za okolje), v Juteksu iščejo nove rešitve za pridobitev protimikrobnih lastnosti materialov. Doseganje protimikrobnega učinka z uporabo bio-nano titanijevih spojin obeta izpolnitev pričakovanj kot so kompatibilni stroški, brez vonja, širok spekter aktivnosti, brez prisotnosti arzena, kompatibilnost s poliuretanom ter možnosti neposredne aplikacije na površini poliuretanskih talnih oblog. Projekt bo doprinesel k povečanju palete izdelkov, razširitvi trgov, novih delovnih mest in k preobratu malih in srednje velikih podjetij z razvojem novih bio-nano apretirnih tehnologij in novih funkcionalnih materialov s široko možnostjo aplikacij v tekstilu izven tradicionalne uporabe, avtomobilstvu, pohištvu, zaščite itd.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
