Projekti / Programi
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P003 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Voda, raztopine, površinsko aktivne snovi, polielektroliti, ionske tekočine, asociirajoče molekule, mikroporozne snovi, nukleinske kisline, termodinamika, transportne lastnosti, statistična mehanika, sipanje svetlobe (rentgensko, statično, dinamično), kalorimetrija (batch, flow, ITC, DSC), CD.
Raziskovalci (35)
Organizacije (1)
Povzetek
Znanost poskuša pojasniti procese v naravi in tehnologiji na osnovi poznavanja lastnosti molekul in atomov ter sil med njimi. Prav prešibko poznavanje dogajanja na molekularnem nivoju zavira napredek pri razvoju novih zdravilnih učinkovin, metod zdravljenja in novih materialov. Tehnološki napredek lahko primerjamo s piramido, kjer osnovno ploskev tvorijo bazične znanosti kot so kemija, biologija, matematika in fizika pa tudi fizikalna kemija. Vrh piramide tvorijo uporabne vede, kot sta farmacija in medicina. Visoko piramido je moč zgraditi le na obsežni osnovni ploskvi; brez kvalitetnega temeljnega znanja ni uspešne uporabe. Predloženim raziskavam je skupno to, da proučujejo pojave v raztopinah (predvsem ionskih), disperzijah ali ob stiku le-teh s površino. Prispevale bodo k boljšemu razumevanju lastnosti raztopin (tudi biopolimerov) ter tako ustvarile osnovo za uporabne raziskave. Ob raziskavah pa se sodelavci skupine tudi usposabljamo za kvalitetno pedagoško delo.
Predložene raziskave lahko razdelimo na več delov. i) Študij preprostih in polimernih elektrolitov. Tu nas zanimajo vpliv vrste protiiona, dodane soli in hidrofobnih skupin na lastnosti raztopine. ii) Te eksperimentalne in teoretične raziskave prehajajo v študij površinsko aktivnih snovi in micelizacije. Radi bi razumeli vpliv vrste in koncentracije dodanega elektrolita na tvorbo micel. Zanima nas tudi kompleksacija polielektrolitov z nasprotno nabitimi površinsko aktivnimi snovmi pa tudi polielektroliti npr. z DNK. Del raziskav je posvečen tudi ionskim tekočinam. iii) Velik del raziskav je povezan z biološkimi polimeri (nativno neurejenimi proteini (intrinsically disordered proteins) in nukleinskimi kislinami (kvadrupleksi)), ki igrajo pomembno vlogo pri številnih celičnih procesih. iv) Raziskave anomalnih lastnosti vode, alkoholov in ionskih tekočin. Zanima nas tudi solvatacija preprostih in sestavljenih topljencev. Pri tem bomo uporabljali metode statistične termodinamike, kot so metoda Monte Carlo, dinamika molekul in integralske enačbe. v) Del raziskav bo posvečen razvoju in uporabi teorij na osnovi Wertheimove Ornstein-Zernike-ove (OZ) enačbe, ki je primerna za molekule med katerimi delujejo močne usmerjene sile. vi) V teoretičnem delu programa se ukvarjamo tudi s sistemi molekul, kjer je ena prostostna stopnja zamrznjena in druga prosta, oziroma kjer je gibljivost ene komponente mnogo manjša od druge. Takšne sisteme molekul bomo proučevali s t.i. replika OZ integralsko enačbo, ki smo jo za ionske sisteme razvili sami.
V delu programa, ki ga bomo izvedli ob morebitnem dodatnem financiranju bomo raziskovali fizikalno kemijske aspekte delovanja modulov toksin-antitoksin.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagane raziskave bodo z uporabo modernih merskih tehnik in teoretičnih metod obogatile osnovna znanja na področju fizikalne kemije raztopin in disperzij. Vodne raztopine elektrolitov in (bio)polielektrolitov imajo pomembno mesto v znanosti in tehnologiji. Ioni, tako preprosti kot sestavljeni, sodelujejo v življenjsko pomembnih procesih v našem telesu. Voda igra pri tem pomembno vlogo, ki še zdaleč ni v celoti razumljena. Raziskave stabilnosti proteinov v prisotnosti makromolekul in različnih soli, vezave ligandov na DNK in podobnosti molekul so pomembne v farmacevtski industriji in bioinženirstvu. V ekologiji in industriji pa je pomembno poznavanje lastnosti vodnih raztopin polielektrolitov, koloidov, površinsko aktivnih snovi ter interakcij med njimi in površinami. Voda namreč hitro nadomešča ekološko sporna topila. Eksperimentalne raziskave dopolnjujemo s teoretičnimi; namen našega dela je razumevanje lastnosti snovi na molekularnem nivoju. Da so te raziskave zanimive za biomedicinske vede, priča dejstvo, da nam je bilo (skupaj s prof. K.A. Dillom iz Laufer Center in Stony Brook University, ZDA) s strani National Institutes of Health (ZDA) 12 let zapored odobreno financiranje raziskav modelov hidratacije. Projekt bomo letos ponovno prijavili. Raziskovalci, ki sestavljajo to programsko skupino, objavljajo v revijah kot so Proc. Natl. Acad. Sci., J. Am. Chem. Soc. (v zadnjem letu 2 objavi), Annu. Rev. Phys. Chem., Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct., Angew.Chem. Int. Ed., Trends. Biochem. Sci., J. Phys. Chem. B, J. Chem. Phys., J. Stat. Phys., Langmuir, Biochemistry, Biophys. J. in J. Mol. Biology, ter vabljena predavanja na znanstvenih srečanjih in predavanja na tujih univerzah. Skupina aktivno sodeluje z več kot desetimi uglednimi laboratoriji po svetu in ima s sodelavci teh laboratorijev skupne objave. Raziskovalci te skupine so recenzenti za revije kot so J. Phys. Chem. B in C, Langmuir, J. Chem. Phys., J. Am. Chem. Soc, PCCP in druge. Prof. M. Bešter-Rogač je članica uredniškega odbora pri reviji Journal of Molecular Liquids (Elsevier) in Acta Chimica Slovenica, prof. V. Vlachy pa pri Condensed Matter Physics (ICMP, Ukrajina).
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalci, ki sestavljajo to skupino, so člani katedre za fizikalno kemijo FKKT Univerze v Ljubljani. Na katedri se predava okoli 30 različnih predmetov s področja fizikalne kemije in sorodnih ved, ki jih letno obiskuje več kot 1000 študentov iz 6 različnih fakultet. Vsa predavanja imajo tudi laboratorijske vaje, saj je kemija eksperimentalna veda. Ob raziskavah se profesor s svojimi sodelavci uči in to znanje posreduje študentom. Brez dobrih učiteljev ni dobre šole, brez raziskav pa ni dobrih učiteljev.
Že dlje časa sodelujemo z delovnimi organizacijami Helios, Lek, Krka, d.d. in BIA separations. Dva naša doktoranta sta se v preteklih petih letih zaposlila v Krki in dva v Leku. Že vse obdobje trajanja tega programa sodelujemo s tovarno Lek pri raziskavah stabilnosti nekaterih farmacevtskih sistemov. Skupina torej poglablja teoretična in eksperimentalna znanja s področja fizikalne kemije ter jih prenaša na študente in v prakso. Raziskovalci prispevamo k utrjevanju nacionalne identitete in kulturne dediščine tudi s povečevanjem prepoznavnosti Slovenije v svetu. Eden izmed načinov je, da smo mentorji dijakom, ki zelo uspešno sodelujejo na mednarodni kemijski olimpijadi. Publikacije objavljene v uglednih znanstvenih revijah ter predavanja na konferencah in tujih univerzah povečujejo ugled RS v svetu. Po selitvi v nove prostore FKKT (junij-avgust 2014) bo naša skupina v soglasju s fakulteto ustanovila "Regionalni center za raziskavo raztopin", za kar smo specializirani.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
