Projekti / Programi
Sinteza, struktura, lastnosti snovi in materialov
01. januar 2015
- 31. december 2017
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| 2.02.00 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P003 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
biološko aktivne koordinacijske spojine, materiali, SOFC, katalizatorji, grafeni, strukturna analiza, povezave med strukturo in lastnostmi
Raziskovalci (26)
Organizacije (1)
Povzetek
Raziskovalno delo programske skupine bo temeljilo na dveh osnovnih področjih sinteze oziroma priprave novih spojin in materialov. To sta koordinacijska kemija, kjer se usmerjamo v različne biološko aktivne koordinacijske spojine in priprava različnih materialov, namenjenih za uporabo v elektrokemijskih sistemih in katalizatorjih. Obe področji povezuje dolgoletna ekspertiza in močna raziskovana oprema za strukturno analizo trdnih snovi. S tem omogočamo vpogled v povezavo med strukturo in lastnostmi snovi in omogočamo ciljano spreminjanje strukturnih parametrov za izboljšanje želenih lastnosti.
Na področju koordinacijske kemije bomo nadaljevali doslej uspešne raziskave koordinacijskih spojin rutenija, ki kažejo protirakave učinke, spojin vanadija, cinka in kobalta, ki so obetavni podporniki delovanja inzulina, bakrove koordinacijske spojine za zaščito lesa ter druge sorodne spojine, ki lahko služijo kot modelni sistemi za študij delovanja encimov.
Tudi na področju materialov že imamo nekaj dobrih rezultatov in bomo v obetavnih smereh nadaljevali raziskave. To pomeni usmerjenost v materiale za visokotemperaturne gorivne celice, katalizatorje za nizkotemperaturne gorivne celice in za suhi reforming metana ter funkcionalizirane grafenske materiale za separatorje v elektrokemijskih celicah.
Kot rečeno, bo strukturna analiza sintetiziranih materialov služila za njihove učinkovitejše izboljšave, samo poznavanje zgradbe snovi pa povečuje bazo znanja in omogoča razvoj tudi na drugih področjih.
Pomen za razvoj znanosti
Splošno:
Načrt raziskav, ki ga predlagamo, je sestavni del raziskav Oddelka za kemijo vsake uveljavljene univerze v tujini. Spoznanja o povezanosti med strukturnimi, biološkimi in drugimi lastnostmi snovi so bistvenega pomena za razumevanje dogajanj v naravi (predvsem preko študija modelnih spojin in struktur). Razumevanje povezanosti med temi lastnostmi tudi omogoča razvoj in usmerja nadaljnje raziskave v smeri priprave spojin z določeno zgradbo in s tem tudi določeno biološko učinkovitostjo, kar v končni fazi lahko omogoči tudi uporabo pripravljenih snovi za določene namene (zaščita lesa, ustrezno zdravilo). Ker je poznavanje strukture tako ključnega pomena za razumevanje lastnosti snovi in materialov in njihov nadaljnji razvoj, se s strukturno analizo v svetu ukvarja veliko število raziskovalcev in se število strukturnih podatkov hitro povečuje. V okviru programa sintetizirane snovi in materiali bodo tako vključene v svetovne baze podatkov. Na področju praškovne difrakcije pa je pomembno še to, da preko sodelovanja z vodilnimi razvijalci novih metod Slovenija ohranja stik z najnovejšimi dosežki na tem področju in k razvoju tudi aktivno prispeva.
Raziskave na področju interakcij kovinskih ionov in biološko aktivnih spojin (antibiotikov, virostatikov, citostatikov) lahko vodijo tudi do pojasnitve mehanizma delovanja zdravil, ki so mnogokrat le deloma razloženi. Na drugi strani pa sinteza novih spojin tega tipa daje možnost razvoja novih zdravil, ki jih človeštvo v boju z vsemi boleznimi nujno potrebuje. Tudi razumevanje procesov, pri katerih se spreminjajo nekovalentne interakcije, je predmet posebnega zanimanja, ki je potrjeno s številnimi preglednimi članki in knjigami v zadnjem desetletju. Razvoj praškovnih metod, ki omogočajo vpogled v kristalno strukturo v primerih, ko ni mogoče vzgojiti primernih monokristalov, tudi pridobiva ob zmogljivih eksperimentalnih možnostih in računalnikih vse bolj na pomenu. Tudi predlagane raziskave na področju zahtevnih produktov in materialov se s svojimi rezultati aktivno vključujejo v mednarodna prizadevanja za nadaljnji razvoj področja materialov s specifičnimi lastnostmi in materialov za uporabo v mikro in nanotehnologijah. Novi materiali so tako ključna usmeritev raziskovalnih programov po vsem svetu. Prispevek k razvoju metod in procesov za pripravo in karakterizacijo takih produktov bo na prednostnih področjih čistejše proizvodnje električne energije z gorivnimi celicami dobrodošel. Večina rezultatov bo predstavljena na domačih in mednarodnih znanstvenih srečanjih ter objavljeno v znanstvenih revijah.
Poudrek na strukturni analizi povečuje bazo znanja. Z vsako novo določeno strukturo trdnine se povečajo podatkovne zbirke struktur (npr. ICSD in CSD) in s tem znanje o trdni snovi, saj so ti strukturni podatki na voljo raziskovalcem vsega sveta, da jih koristno uporabijo v številne namene (identifikacijo spojin, določanje sorodnih struktur, statistične račune, teoretične kvantnokemijske račune…). Proučevanje strukturnih značilnosti na večjem številu sorodnih spojin tako pomaga pri načrtovanju novih spojin z želeno zgradbo in posledično tudi z želenimi lastnostmi.
Posebno za posnezne vrste materialov:
V bioloških sistemih je prisotnih več deset kovinskih ionov. Zelo pogosto so kovinski ioni ključni za pravilno delovanje celičnih procesov. Veliko učinkovin, ki so v klinični rabi, ima v svoji kemijski strukturi funkcionalne skupine, s katerimi lahko pride do interakcij s kovinskimi ioni. V primeru, npr. antibiotikov iz družine kinolonov, s povečanjem ali znižanjem koncentracije različnih kovinskih ionov pride do drastične spremembe učinkovitosti (ponavadi zmanjšanja) zdravila. Zato je izrednega pomena, da na molekulski ravni preučimo interakcije in določimo strukture aduktov kovinskih ionov in biološko aktivnih snovi.
Pri razvoju novih anti-diabetičnih učinkovin je velik poudarek na pripravi nadomestka inzulina, ki pa mora izpolnjevati številne kriterije, kot so: ugodne absorpcijske lastn
Pomen za razvoj Slovenije
Splošno:
Raziskovalno delo bo prispevalo k razvoju stroke in imelo pozitivni vpliv na vzgojo in izobraževanje diplomantov. Študentje se bodo v okviru diplomskih del srečali z realnimi problemi raziskovalnega dela, potrebo po vztrajnosti, iznajdljivosti, povezovanju strokovnjakov in znanja, pridobljenega na različnih področjih.
Predlagan program vljučuje tudi pomembna področja za ohranjanje okolja, na primer razvoj materialov za SOFC gorivne celice. Gorivne celice so ena od osrednjih točk programov za trajnostni razvoj, saj bomo s temi pretvorniki kemijske energije neposredno v električno ob bistveno boljših izkoristkih in manjših emisijah škodljivih snovi v okolje lahko prispevali k njegovemu ohranjanju.
Predlagani program v pliva na razvoj z dveh vidikov: a) s strukturno analizo metodološko podpira razvoj novih materialov tudi v drugih raziskovalnih skupnah in industriji, b) z lastnimi sintetiziranimi snovmi in materiali prispeva potencialne nove trajnostno naravnane produkte.
Posebno za tipe spojin:
S preučevanjem interakcije vpliva kovinskih ionov in kliničnih učinkovin ter vpliva interakcij na učinkovitost le-teh lahko močno povečamo delovanje zdravil in učinkovitost terapij. Znano je namreč, da npr. prehranska dopolnila, ki vsebujejo kovinske ione (cink, železo, ipd.) lahko močno zmanjšajo delovanje protibakterijskih sredstev. S tem bi sočasno prišlo tako do ekonomske kot ekološke koristi, zaradi skrajšane administracije in nižje porabe farmacevtskih sredstev. V eksperimentalne raziskave bodo vključeni tudi študenti oziroma bodo seznanjeni z najbolj zanimivimi rezultati. To je pomemben prispevek k izobraževanju kadrov na tematikah, ki so trenutno v svetu aktualne.
Diabetes oziroma sladkorna bolezen sodi med najbolj razširjene bolezni povezane z načinom življenja v 21. stoletju in ima velike in daljnosežne družbeno-ekonomske posledice, število obolelih pa vztrajno raste s čimer se povečuje tudi finančni pritisk na gospodarstvo in zdravstveni sistem. Razvoj učinkovitih zdravil je ključnega pomena za izboljšanja zdravstvenega stanja v družbi, in zagotavlja nove tržne izdelke za slovensko farmacevtsko industrijo. Raziskave na področju diabetesa dvigajo znanje in splošno zavest, saj je raziskovalna skupina tesno vpeta v izobraževalni sistem in je obravnavana tematika del več diplomskih del in doktorskih disertacij.
Predlagana raziskava grafenov je skladen z aktualnimi raziskavami na področju konverzije in skladiščenja energije. Razvoj električnega avtomobila bo vsekakor imel velik vpliv na družbeni razvoj v celoti. Ker slovenska avtomobilska industrija povezana v grozd, sodeluje v proizvodnji hibridnih avtomobilov, ima projekt tudi veliko uporabno vrednost. Potencialni novi produkti iz GBM/IL kompozitov bi predstavljali svetovno novost in imajo veliko možnost za start-up podjetja. Vsekakor pa ne smemo zanemariti vpliva elektromobilnosti na zmanjšanje emisij v okolje.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
2016,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
2016,
zaključno poročilo
