Projekti / Programi
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P002 |
Naravoslovno-matematične vede |
Fizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
optika, nelinearna optika, biomedicinska optika, spektroskopija, mehka snov, laserska litografija
Raziskovalci (24)
Organizacije (2)
Povzetek
Sodelovanje svetlobe s snovjo predstavlja eno od najpomembnejših področij fizike. Mnogi z njim povezani pojavi so v vrhu zanimanja osnovnih raziskav, po drugi strani pa postajajo tehnologije, vezane na uporabo optičnih pojavov v snovi, nepogrešljive v velikem delu modernih industrij. Poleg tega so optične in spektroskopske metode med najosnovnejšimi eksperimentalnimi metodami v večjem delu fizike in znanosti o materialih. Predlagani raziskovalni program bo zajemal tako osnovne raziskave kot tudi možnosti aplikacij v fotoniki, informacijski tehnologiji in medicini.
Program sestavljajo štirje sklopi:
1. optične raziskave pojavov in lastnosti mehke snovi;
2. optično mikrostrukturiranje in mikromanipulacija;
3. biomedicinska optika in
4. uporaba nelinearnih optičnih pojavov v integrirani optiki in laserskih izvorih.
Pri raziskavah mehke snovi se bomo osredotočili na lastnosti magnetnih tekočekristalnih disperzij, ki smo jih odkrili pred nedavnim. Delo bomo razširili na druge tekočekristalne faze poleg nematične. Posebej zanimivi so magnetni kompoziti s TK elastomeri. Glede na biološki pomen bomo nadaljevali delo na supramolekularnih strukturah derivatov gvanozina.
V sodelovanju z industrijskimi partnerji bomo nadaljevali z razvojem direktne laserske fotolitografije in laserskega mikrostrukturiranja. Cilj je izdelati sistem za hitro prototipno izdelavo mikrostruktur z ločljivostjo boljšo od 100 nm, kar je red velikosti bolje od obstoječega sistema, hkrati pa ohraniti veliko hitrost izdelave.
Viskoelastične lastnosti nehomogenih polimernih raztopin imajo pomembno vlogo pri nastanku biofilmov in vplivajo na njihove lastnosti. S pomočjo laserske pincete bomo z aktivno mikroreologijo raziskovali lastnosti raztopine levan-DNA, ki bo služila kot modelski sistem za ekstracelularni matriks.
Velika pestrost procesov interakcije svetlobe z biološkimi tkivi ponuja številne možnosti za razvoj novih neinvazivnih diagnostičnih metod, slikovnih tehnik in terapevtskih postopkov. Tak razvoj temelji na osnovnih raziskavah fizikalnih procesov pri izbrani interakciji svetloba-tkivo, numeričnem modeliranju učinkov, testiranju v namenskih laboratorijskih modelih tkiva ali vzorcih ex vivo in študijah na poskusnih živalih ter prostovoljcih.
Integrirana optika je zelo uporabna v kombinaciji z nelinearnimi optičnimi pojavi, saj omogoča nove aplikacije v spektralnem področju UV svetlobe in THz valovanja. Za te namene so še posebno primerni polprevodniki s široko režo in novi organski kristali. Naš namen je maksimizirati izkoristke nelinearne pretvorbe, pri čemer bomo te materiale pripravili v posebnih periodičnih strukturah in s tem dosegli ujemanje faz in veliko koncentracijo moči na večjih razdaljah.
Pomen za razvoj znanosti
Linearne in nelinearne interakcije svetlobe s snovjo so trenutno ena od najbolj aktivnih področij raziskav v fiziki. To je deloma posledica izjemne uporabnosti spektroskopskih in optičnih metod ne le v fiziki, temveč tudi v kemiji, biologiji, raziskavah materialov in medicini, deloma pa velikega bogastva optičnih pojavov, ki od izuma laserja pred skoraj 50 leti še do danes niso v celoti raziskani. V zadnjih dveh desetletjih je poleg tega zelo narasel tehnološki pomen optičnih pojavov v snovi, na primer pri prenosu, procesiranju in predstavitvi informacij, meritvah v okolju in v medicini. Tudi raziskave mehke snovi, ki zajema sisteme od delno urejenih tekočin do živih celic, se danes zelo hitro razvijajo. Predlagani program se umešča na sredino teh trendov in bo predvsem v obliki člankov v priznanih mednarodnih revijah prispeval k svetovnemu znanju.
Raziskave na področju tekočih kristalov, tekočekristalnih elastomerov in nelinearne optike bodo dala rezultate, uporabne v fotoniki, tehnološkem področju, kjer se obeta velik napredek za informacijske tehnologije, to je, pri prenosu, procesiranju in slikovni predstavitvi informacij. Tekočekristalni elastomeri so obetavni kot nova vrsta mehanskih aktuatorjev.
G-kvadrupleksi so skupaj z encimom telomerazo odgovorni za vzdrževanje dolžine telomerov in so posledično vključeni v okoli 85% vseh rakastih obolenj. Zaradi navedenega v zadnjem času postajajo obetavna tarča obsežnega razvoja novih zdravil proti raku. Poleg tega G-kvadrupleksne strukture kažejo tudi številne obetavne lastnosti za uporabo v nanoelektroniki. Za nadaljnji napredek na tem področju je ključnega pomena iskanje novih učinkovitih strategij za zunanjo regulacijo tvorbe G-kvadrupleksnih formacij ter kontrolo njihovih medsebojnih interakcij, ki bodo predmet naših raziskav.
Sistemi za hitro prototipno izdelavo mikrostruktur imajo pomembno vlogo na različnih raziskovalnih in tehloloških področjih od osnovnih raziskav v nanoznanostih do razvoja tehnologij lab on a chip. Obstoječi sistemi za mikrostrukturiranje so pogosto kompromis med hitrostjo izdelave in resolucijo mikrostruktur. Zato nameravamo nadaljevati z uspešnim razvojem sistema LDI in ga nadgraditi tako, da bo omogočal izdelavo struktur z resolucijo po 100nm in hkrati ohraniti veliko hitrost mikrostrukturiranja. Rezultat razvoja bo hiter, cenovno dosegljiv in uporabniku prijazen sistem, katerega resolucija bo primerljiva s sistemi na osnovi uporabe elektronskega žarka.
Rezultat predlaganih raziskav na področju mikroreologije kompleksnih polimernih raztopin bo nadaljni razvoj metode merjenja mikroreoloških lastnosti s pomočjo laserske pincete v zahtevnih bioloških vzorcih. Rezultati raziskav bodo pomagali razjasniti mehanizme, ki so pomembni za nastanek biofilmov in pripomogli k pojasnitvi vloge strukturnih nehomogenosti pri mehanskih in funkcionalnih lastnostih biofilmov. Predlagane raziskave obetajo nov prispevek k razumevanju nastanka in delovanja biofilmov, kar je pomembno tako s stališča širjenja osnovnih spoznanj, kot tudi potencialnih aplikacij.
Opisane raziskave na področju biomedicinske optike in laserske medicine bodo prinesle originalne znanstvene prispevke v svetovnem merilu. Razvoj in testiranje novih diagnostičnih in terapevtskih protokolov bo prispeval k izboljšanemu razumevanju izbranih indikacij in njihovega odziva na obsevanje s svetlobo. Tri-dimenzionalno slikanje na osnovi SFTR bo svetovna novost in bo omogočilo edinstven pristop k študiju izbranih patologij in interakcije svetlobnih sunkov z biološkimi tkivi.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalni program Svetloba in snov je za Slovenijo pomemben, ker zagotavlja vzdrževanje stika s svetom na področju, ki ima širok pomen v znanosti in tehnologiji, daje osnovo za pouk mladih strokovnjakov, daje nova znanja na področju tekočih kristalov, modernih kompozitnih materialov, biofizike in fizike površin, aplikacij v laserski tehniki, optoelektroniki in uporabi laserjev v medicini, ki jih lahko izrabi slovensko gospodarstvo, in omogoča vključevanje Slovenije v evropske in druge mednarodne raziskovalne programe. Pri tem je treba poudariti, da je značilnost predlaganih raziskav tesna povezanost osnovne znanosti in aplikacij, kar omogoča hitro prehajanje raziskovalcev iz znanosti v tehnološko prakso. Tesen stik s svetom, ki so ga že doslej gojili raziskovalci na programu, zagotavlja, da se bo program lahko vključeval v mednarodne raziskave.
V Sloveniji imamo razvito optoelektronsko industrijo, s katero je bil program že doslej tesno povezan. Program zagotavlja usposobljene mlade strokovnjake in nova znanja, kar je bistveno za ohranjanje konkurenčnosti v svetu. Dosedanje delo raziskovalcev v skupini je že doslej konkretno prispevalo k razvoju laserjev in njihove uporabe v okviru delovanja podjetja Fotona d.d.. V sodelovanu s podjetjem LPKF, Laser & Elektronika, d.o.o., razvijamo nove laserske litografske tehnike. Na področju tekočekristalnih preklopnikov smo že v preteklosti plodno sodelovali z uspešnim podjetjem Balder. Raziskave polimernih površin in tekočekristalnih sistemov bodo doprinesle k tehnološkim izboljšavam tekočekristalnih svetlobnih preklopnikov, kot jih dela Balder. Raziskave neliearnih optičnih pojavov, laserskih sistemov in uporabe laserjev v medicini bodo podpora razvoju in se bodo lahko tudi prenesle direktno v medicinsko prakso. Raziskave na področju biomimetike in molekularne biofizike, predlagane v okviru programa, so ene prvih te vrste v državi in predstavljajo priložnost za razvoj bionanotehnološkega področja pri nas.
Raziskovalna skupina je intenzivno vpeta v mentorsko dejavnost in tesno povezana s Fakulteto za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani in Fakulteto za strojništvo Univerze v Mariboru. Člani skupine smo bili mentorji za diplome, magisterije in doktorate s področja optike in uporabe optičnih metod v fiziki. Pri tem smo zelo relevantni za lokalni razvoj, saj je več kot polovica naših doktorandov po doktoratu našla zaposlitev v gospodarstvu. V okviru programa bomo še naprej usposabljali in izobraževali strokovnjake na področju optičnih metod, sipanja svetlobe, optične spektroskopije in uporabe ter izdelave laserjev. Poleg domačih študentov in mladih raziskovalcev bomo gostili in izobraževali tudi doktorske študente iz tujine.
Poleg tega smo tudi avtorji študijskih gradiv, skript, zbirk nalog in učbenikov z recenzijo za različne stopnje izobraževanja, s čemer skrbimo za širjenje znanja in uveljavljanje slovenskega strokovnega izrazoslovja. Člani skupine pokrivamo vse optične predmete na Fakulteti za matematiko in fiziko na prvi, drugi in tretji bolonjski stopnji študija fizike, kar nas dela nepogrešljive pri izobraževanju perspektivnega in zaposljivega kadra.
V okviru programa bo teklo tudi neposredno sodelovanje med raziskovalci z univerze in z inštitutov, kar bo prineslo uspešnejše povezovanje raziskovalnega z izobraževalnim sektorjem.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
