Uniwersytet Śląski w Katowicach

Działanie naukowe w ramach konkursu MINIATURA

Kierownik: dr inż. Mateusz Korzec

Realizacja projektu: 2024-2025

Struktura 1,8-naftalimidu stanowi przykład ważnego akceptora, często występującego w związkach donorowo-akceptorowych (D-A) o korzystnych właściwościach luminescencyjnych, co decyduje o szerokich możliwościach zastosowania tych związków np. w organicznej elektronice czy jako fluoroforów do obrazowania komórkowego. W tego typu związkach, modyfikacje wprowadzać można w naftalimidzie oraz w pierścieniu naftalenowym w pozycji 3-C lub 4-C. Z reguły podstawniki w części imidu wpływają na rozpuszczalność związków i najczęściej są to łańcuchy alifatyczne, natomiast na właściwości luminescencyjne wpływ ma rodzaj donora podstawionego w pierścieniu. Celem niniejszego projektu jest przeprowadzenie równoległych reakcji sprzęgań pomiędzy otrzymaną w trzech etapach jodopochodną w pozycjach 3- i 4- 1,8-naftalimidu oraz handlowo dostępnymi odczynnikami (m. in. pochodnymi kwasu borowego, alkenami oraz alkinami terminalnymi) z wykorzystaniem katalizatorów palladowych w różnych warunkach. Następnie dla tak otrzymanych związków zostaną wykonane badania optyczne w roztworach o różnej polarności, wykazując ich właściwości absorbcyjne oraz emisyjne, jak również zbadane zostanie podatność na wzrost bądź wygaszenie emisji spowodowanej agregacją związku (AIE/ACQ). Uzyskane wyniki będą podstawa do dokonania analizy zależności między budową związku a właściwościami luminescencyjnymi

Działanie naukowe w ramach konkursu MINIATURA

Kierownik: dr inż. Sonia Kotowicz

Realizacja projektu: 2023-2024

W bogatej chemii molekularnych półprzewodników organicznych związki posiadające
struktury imidowe/diimidowe wzbudziły duże zainteresowanie środowiska naukowego. Aromatyczne
imidy/diimidy można podzielić na te, które zawierają pięcioczłonowe (ftalimid) albo sześcioczłonowe
(1,8-naftalimid) pierścienie imidowe. Ftalimidy i naftalimidy są badane pod kątem aktywności
biologicznej, potencjalnych inhibitorów czy barwników komórkowych, a swoje szerokie możliwości
zastosowań zawdzięczają właściwościom akceptorowym oraz stabilności termicznej i chemicznej.
Wiele publikacji opisuje bloki budulcowe donor-akceptor (D-A) lub donor-akceptor połączone
mostkiem π (D-π-A) jako materiały dedykowane elektronice organicznej, również w przypadku
ftal/naftalimidów można spotkać związki niskocząsteczkowe oraz polimery/oligomery z mostkami π
lub domieszkowane półprzewodnikami typu p. Trwają również intensywne badania nad pochodnymi
ftal/naftalimidów jako aktywowanych termicznie materiałów z opóźnioną fluorescencją (TADF).
Celem działania naukowego jest otrzymanie niskocząsteczkowych ftalimidów oraz ich 1,8-
naftalimidowych odpowiedników (o budowie D-π-A), jak również struktur diimidowych
(symetrycznych), jako emiterów światła lub jako materiałów o charakterze TADF oraz przeprowadzenie
podstawowych badań właściwości optycznych istotnych pod względem aplikacyjnym

Rodzaj projektu: Inkubator Innowacyjności 4.0

Kierownik: dr hab. Tomasz Siudyga

Realizacja projektu: 2022-2023

—

Rodzaj projektu: Inkubator Innowacyjności 4.0

Kierownik: prof. dr hab. inż. Stanisław Krompiec

Realizacja projektu: 2022

Projekt miał charakter badań przedwdrożeniowych, których celem było opracowanie syntez szeregu związków organicznych o potencjalnym zastosowaniu w organicznej elektronice. W pierwszej fazie w małej skali, a następnie w skali powiększonej otrzymano pochodne perylenotetraestów, perylenotriimidów oraz dibenzoperylenodiimidu. Druga faza dotyczyła kilku wybranych związków, wyselekcjonowanych spośród tych wytworzonych w małej skali i przebadanych pod kątem użyteczności dla technologii OLED lub/i ogniw słonecznych. Wykonano testy preaplikacyjne, tzn. skonstruowano i przebadano OLED-y oraz zbadano inne właściwości fizykochemiczne wybranych nanomateriałów (termiczne, optyczne, obliczenia przerwy energetycznej). Wszystkie cele wymienione we wniosku aplikacyjnym zostały zrealizowane. Po pierwsze opracowano procedury syntetyczne pozwalające na wytwarzanie w skali powiększonej (do 100 g) wybranych produktów. Po drugie, wytworzono próbki wybranych produktów, które mogą posłużyć Firmie Syntal Chemicals do promocji i oferowania tych materiałów/związków zainteresowanym odbiorcom. Odpowiedź na pytanie, czy związki będą atrakcyjne i czy spełnią oczekiwania odbiorców może być dana za pewien czas – po akcji promocyjnej ze strony Syntal Chemicals (jeśli się na to zdecyduje). Niewątpliwie, efekty badań to gotowe produkty: procedury wytwarzania preparatów oraz próbki już wytworzonych związków. Co istotne, poziom gotowości technologicznej w stosunku do punktu wyjścia na pewno wzrósł – co najmniej o jeden punkt. Praca przedwdrożeniowa została zrealizowana we współpracy z firmą Syntal Chemicals oraz Politechniką Śląską – wykonawcy niniejszej pracy przedwdrożeniowej, współpracują ze sobą od wielu lat. Udział Syntal Chemicals był bardzo ważny, mianowicie wykonawcy mieli dostęp do szkła i aparatury wielkolaboratoryjnej, co umożliwiło realizację syntez w skali powiększonej. Uważamy, że szanse na komercjalizację są realne – Firma Syntal Chemicals rozpocznie promocję produktów powstałych w trakcie realizacji badań. Wspólnie z Firmą dokonamy wyceny produktów, określimy czas realizacji zamówień (wytworzenia konkretnej ilości, np. 100g).

Projekt badawczy NCN SONATA 221/43/D/ST5/00062

Kierownik: dr Yaroslav Grosu

Realizacja projektu: 2022-2025

—

Działanie naukowe w ramach konkursu MINIATURA

Kierownik: dr Katarzyna Choroba

Realizacja projektu: 2022-2023

Celem projektu jest zbadanie potencjału cytotoksycznego i właściwości biologicznych in vitro grupy dimerycznych związków miedzi(II) z pochodnymi 2,2′:6′,2″-terpirydyny w ramach stażu naukowego na Wydziale Nauk o Życiu Uniwersytetu NOVA w Lizbonie. Zamierzeniem realizowanego działania naukowego było ustalenie zależności pomiędzy strukturą liganda a właściwościami cytotoksycznymi kompleksów miedzi(II) (structure­-activity relationship) w celu poszukiwania nowych związków nieorganicznych jako potencjalnych leków przeciwnowotworowych, mogących zostać alternatywą dla leków opartych na cisplatynie i jej pochodnych. Zaprojektowane i otrzymane związki [Cu(L)μ-Cl]₂(PF₆)₂ w ciele stałym tworzą dimery, a w roztworze ze względu na obecność słabych, wydłużonych wiązań Cu–Cl w pozycji apikalnej, przyjmują strukturę płasko-kwadratową. Ta rzadko spotykana płasko-kwadratowa geometria związków miedzi(II) wydaje się sprzyjać poprawie stabilności w środowisku fizjologicznym oraz wysokiej aktywności cytotoksycznej. W ramach odbytego 3-miesięcznego stażu naukowego w Zespole Genetyki i Terapii Nowotworowych na Wydziale Nauk o Życiu Uniwersytetu NOVA w Lizbonie pod opieką prof. Alexandry Fernandes, dokonano szczegółowych badań aktywności biologicznej in vitro z wykorzystaniem komórek nowotworowych (raka jelita grubego i raka jajnika), oraz zdrowych fibroblastów poddanych działaniu związków koordynacyjnych miedzi(II). Związki wykazywały się cytotoksycznością względem komórek nowotworowych raka jelita grubego, powodowały głównie apoptozę, nie wywołując znaczącej nekrozy komórek. Wywoływały również autofagię komórek nowotworowych. Ponadto obserwowany był wzrost produkcji reaktywnych form tlenu w komórkach inkubowanych z badanymi związkami, co sugerować może, że wywołują one stres oksydacyjny komórek, czym następnie powodują ich apoptozę oraz autofagię. Związki te wykazują więc interesujące właściwości przeciwnowotworowe i stanowić będą podstawę do dalszych, bardziej szczegółowych badań.

Informacje o projekcie

Działanie naukowe w ramach konkursu MINIATURA

Kierownik: dr inż. Paweł Świt

Realizacja projektu: 2021-2022

Głównym celem projektu jest stworzenie oraz wdrożenie do praktyki laboratoryjnej nowej strategii kalibracyjnej mającej na celu weryfikację i poprawę dokładności uzyskiwanych wyników analitycznych zarówno od strony metodologicznej jak i instrumentalnej. Opracowane podejście umożliwi eliminację wszystkich rodzajów efektów interferencyjnych (multiplikatywnych, addytywnych i nieliniowych) wraz
z wyznaczaniem błędów związanych z każdym efektem oddzielnie, w pojedynczej procedurze kalibracyjnej, co stanowi zupełnie nowe podejście do wyznaczenia wyniku analitycznego.

Motywacją do podjęcia badań jest konieczność zwiększenia dokładności i precyzji wyników analiz
w kontekście rutynowej pracy laboratoryjnej.

W ramach niniejszego projektu zostaną przeprowadzone badania wstępne mające na celu połączenie w pierwszej kolejności Uogólnionej Strategii Kalibracyjnej (GCS, Generalized Calibration Startegy) i Metody dodatków wzorca punktu H w wersji podstawowej (HPSAM,  H-point Standard Addition Method) oraz docelowo w wersji chemicznej (C-HPSAM, Chemical H-point Standard Addition Method) w pojedynczą procedurę kalibracyjną (GCS/HPSAM i GCS/C-HPSAM).

Opracowane metody GCS/HPSAM (warunki pomiarowe zostaną dobrane na podstawie wyboru takich długości fal, które zapewnią zróżnicowanie czułości) i GCS/C-HPSAM (warunki pomiarowe dobierane na zasadzie chemicznej np. poprzez zmianę pH) zostaną wstępnie zweryfikowane pod względem efektywności analitycznej na podstawie badań teoretycznych. Badania te zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem odpowiedniego modelu matematycznego umożliwiającego przeprowadzenie oceny dokładności wyników analitycznych na podstawie symulacji występowania efektów interferencyjnych. Przydatność analityczną wytworzonego podejścia kalibracyjnego planuje się wykazać na przykładzie jednoczesnego oznaczania wybranych składników czynnych leków w próbkach preparatów farmaceutycznych z wykorzystaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) z detekcją z matrycą diod (DAD) oraz detekcją fluorescencyjną. W pierwszej kolejności proponowana metodologia zostanie sprawdzona na przykładzie oznaczania kofeiny, paracetamolu i aspiryny – dobrze znanych analitach, dających ładne chromatogramy.
W dalszej kolejności zostanie opracowana metoda chromatograficzna pozwalająca na wykrycie i oznaczenie lewotyroksyny sodowej. Związek ten wykazuje podobne działanie do hormonów tarczycy i jest wskazany
w leczeniu zastępczym w niedoczynności tarczycy. Skuteczność opracowanych podejść w uzyskiwaniu wyników analitycznych o zwiększonej dokładność zostanie potwierdzona w oznaczaniu lewotyroksyny sodowej w kilku preparatach farmaceutycznych zawierających tą substancję. Zostaną przebadane zarówno tabletki jak i preparat ustny, dla których zostaną opracowane odpowiednie metody przygotowania próbek.

            W wyniku opracowania metody GCS/HPSAM a docelowo GCS/C-HPSAM powstanie zupełnie nowe narzędzie analityczne z metodologicznego punktu widzenia, które umożliwi efektywne wyeliminowanie błędów systematycznych wynikających z każdego z typów efektów interferencyjnych i umożliwiające zwiększenie dokładności wyników analitycznych.

Projekt badawczy NCN SONATA NR 2020/39/D/ST4/00286

Kierownik: dr Anna Maroń

Realizacja projektu: 2021-2024

Projekt badawczy NCN SONATA NR 2020/39/D/ST5/00104

Kierownik: dr inż. Grażyna Szafraniec-Gorol

Realizacja projektu: 2021-2024

Obecnie jedną z najszybciej rozwijających się technologii jest tzw. „elektronika molekularna”. Materiały funkcjonalne wykorzystywane w elektronice molekularnej opierają się głównie na związkach organicznych, w tym na tzw. „small molecules”. W projekcie SONATA zostaną przeprowadzone badania podstawowe mające na celu otrzymanie małocząsteczkowych policyklicznych węglowodorów domieszkowanych atomami azotu i siarki. Otrzymane zostaną trzy grupy związków donorowo-akceptorowych, gdzie każda z grup będzie posiadała sprzężone układy pierścieniowe – indolo[3,2,1-jk]karbazolu (ICz), tienopirolo[3,2,1-jk]karbazolu (TPCz) i pirydopirolo[3,2,1-jk]karbazolu (PPCz). Indolo[3,2,1-jk]karbazol w zależności od otoczenia chemicznego może przybierać zarówno charakter donora jak i akceptora elektronów. Wprowadzenie atomu siarki – w układach TPCz spowoduje otrzymanie szkieletów donorowych, natomiast wprowadzenie atomu azotu – w układach PPCz – wywoła charakter akceptorowy jednostki.

Wykonanie badań właściwości termicznych, optycznych czy elektrochemicznych pozwoli wyłonić najbardziej obiecujące materiały dedykowane optoelektronice. Połączenie wyników eksperymentalnych z wynikami metod kwantowo-chemicznych (DFT i TD-DFT) pozwoli na lepsze poznanie relacji struktura-właściwości otrzymanych bipolarnych materiałów. Wykonawcy projektu dzięki współpracy z innymi ośrodkami badawczymi przetestują najbardziej obiecujące materiały pod kątem aplikacyjnym. Docelowym efektem jest otrzymanie wydajnych prototypowych urządzeń – organicznych diod elektroluminescencyjnych, ogniw fotowoltaicznych oraz organicznych tranzystorów polowych.

Projektowanie, synteza, badania oraz konstruowanie prototypów urządzeń powoduje, że projekt nabiera interdyscyplinarności – z pogranicza chemii, fizyki oraz chemii materiałów. Wykonawcy projektu są pewni że badania z pogranicza dziedzin są najbardziej rozwijające i niezwykle fascynujące.

Horyzont 2020 FET Proactive

Wykonawcy:
– dr hab. Mirosław Chorążewski, prof. UŚ
– dr hab. Monika Geppert-Rybczyńska, prof. UŚ
– dr Alexander Lowe

Realizacja projektu: 2021-2024

Celem międzynarodowego i multidyscyplinarnego konsorcjum jest opracowanie koncepcji, a następnie skonstruowanie prototypu urządzenia służącego do konwersji energii odpadowej pochodzącej z wibracji. Zaproponowaliśmy metodę, opartą o wykorzystanie zjawiska nanotryboelektyzacji, zachodzącego podczas procesów intruzji-ekstruzji niezwilżającej cieczy do/z nanoporowatych hydrofobowych materiałów. Nasza koncepcja polega na jednoczesnym przekształcaniu energii mechanicznej i energii cieplnej w energię elektryczną. Zaproponowana metoda może być wykorzystywana do odzyskiwania zarówno energii termicznej, jak i mechanicznej energii odpadowej w każdym obszarze aktywności człowieka, gdzie występują wibracje mechaniczne oraz procesy cieplne, jak np. podczas poruszania się samochodów, pracy pociągów, samolotów, urządzeń gospodarstwa domowego czy urządzeń przemysłu wiertniczego itp.

Naszym celem jest opracowanie gotowej technologicznie koncepcji, a następnie zaprojektowanie i skonstruowanie amortyzatorów regeneracyjnych wraz z przeprowadzeniem testów terenowych, celem zweryfikowania możliwości zwiększenia maksymalnego zasięgu pojazdów hybrydowych oraz elektrycznych. Dodatkowym rezultatem naukowym projektu będzie poznanie mechanizmów procesu elektryzacji kontaktowej ciało stałe-ciecz oraz wytwarzania ciepła podczas procesów intruzji-ekstruzji w nanoskali.

Projekt finansowany przez NCBR w ramach konkursu LIDER

Kierownik: dr Maciej Kapkowski

Realizacja projektu: 2021-2024

Projekt dotyczy katalitycznej syntezy niskocząsteczkowych 1,3-dioksolanów z polioli (gliceryna, glikol etylenowy lub propylenowy) oraz acetonu, stanowiących użyteczne związki chemiczne do bezpośrednich zastosowań w obszarze agrochemii i petrochemii. Pierwsza faza projektu skoncentruje się na udoskonaleniu, uciągleniu i obniżeniu kosztów procesu wytwarzania wybranych 1,3-dioksolanów w oparciu o zastosowanie nanocząstek metali szlachetnych Re, Ru, Rh, oraz Ir domieszkowanych metalami bloku d, osadzonych na nośnikach SiO₂ lub metalicznym Mo. Druga faza projektu dotyczy badań nad zakresem stosowalności otrzymanych produktów. Głównym obszarem zastosowań jest domieszkowanie produktów syntezy do paliw (benzyna samochodowa, olej napędowy) w celu poprawy ich właściwości użytkowych (zwiększenie liczby cetanowej, wydłużenie okresu magazynowania paliwa). Cykliczne acetale będą również badane jako substancje pomocnicze (penetranty) zwiększające zdolność przenikania substancji czynnych (nawozy sztuczne, środki ochrony roślin) przez nadziemne organy roślin. Ostatnim obszarem badawczym będzie utylizacja politereftalan etylu (PET) do glikolu etylenowego i pochodnych kwasu tereftalowego, które mogą być wykorzystane jako substrat do produkcji wybranych 1,3-dioksolanów lub do syntezy pochodnych amidowych przeznaczonych do konstrukcji warstw aktywnych min. w ogniwach fotowoltaicznych.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2019/35/B/ST5/01924

Kierownik: prof. dr hab. inż. Joanna Pisarska

Realizacja projektu: 2020-2024

W ostatnich latach dużym zainteresowaniem cieszą się materiały ceramiczne wykazujące wzmocnioną emisję w szerokim zakresie spektralnym (od widzialnego do podczerwieni). Projekt badawczy jest związany z nowymi niskofononowymi luminoforami ceramicznymi
o strukturze oliwinu. Do głównych zadań projektu należy: synteza materiałów ceramicznych o ogólnym wzorze Li₂MGeO₄ i Li₂MGeO₄:Ln³⁺ (M = Zn lub Mg; Ln – jony ziem rzadkich), określenie wpływu składu chemicznego i parametrów technologicznych na otrzymywanie germanianowych materiałów ceramicznych (niedomieszkowanych i domieszkowanych jonami ziem rzadkich) o strukturze oliwinu, charakterystyka termiczna i strukturalna tych układów przy użyciu różnych technik eksperymentalnych: DSC, XRD, TEM, SEM, spektroskopii IR i Ramana, charakterystyka luminescencyjna Li₂MGeO₄:Ln³⁺ przy różnych długościach fali wzbudzenia, zbadanie procesów relaksacji promienistej i niepromienistej oraz ich mechanizmów zachodzących pomiędzy matrycą ceramiczną i/lub jonami aktywnymi pod kątem przydatności luminoforów Li₂MGeO₄:Ln³⁺ o strukturze oliwinu jako ośrodków czynnych dla laserów ceramicznych emitujących w bliskiej podczerwieni. Aspekty tych badań są interesujące z naukowego punktu widzenia. Są one również istotne dla potencjalnych zastosowań otrzymanych luminoforów jako czynnych ośrodków laserowych emitujących promieniowanie w bliskiej podczerwieni.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2019/35/B/ST4/00115

Kierownik: prof. dr hab. inż. Stanisław Krompiec

Realizacja projektu: 2020-2023

Zasadniczym celem projektu jest stworzenie nowych możliwości w dziedzinie syntezy funkcjonalizowanych nanografenów (FNG) z wykorzystaniem strategii APEX (Annulative Pi-Extension) typu bottom-up oraz prostych struktur wyjściowych, mianowicie 1,4-di(arylo-, heteroarylo)-1,3-butadiynów, perylenu i bisantenu (w tym ich pochodnych). Kluczowym etapem strategii syntetycznej jest odkryta przez zespół realizujący projekt reakcja typu domino pomiędzy perylenem i bisantenem (i ich pochodnymi) a dipodstawionymi buta-1,3-diynami (domino: cykloaddycja Dielsa-Aldera – następcza cykloaromatyzacja). Wszystkie etapy realizacji projektu – od planowania struktur docelowych, poprzez analizę mechanizmów wybranych reakcji cykloaddycji i cykloaromatyzacji aż do analizy relacji struktura FNG a właściwości – są wspomagane obliczeniami DFT i TDDFT. Otrzymane dzięki innowacyjnej strategii nowe, głównie niesymetryczne FNG, zostaną poddane kolejnym przemianom (przede wszystkim cykloaddycji do drugiej wnęki, ale także cyklodehydrokondensacji), co prowadzić będzie do kolejnych, wyżej zorganizowanych i bardziej rozbudowanych FNG. Wszystkie otrzymane FNG będą się charakteryzować różnymi wielkościami i kształtami (planarne i nieplanarne, zakrzywione na różne sposoby) oraz różnymi, peryferyjnymi grupami funkcyjnymi. Dzięki strukturalnemu zróżnicowaniu, w tym asymetrii cząsteczek, otrzymane FNG będą się charakteryzować szerokim spektrum właściwości – absorpyjnych, emisyjnych, elektrochemicznych, położeniem i szerokością przerwy energetycznej, zdolnościami do samoorganizacji i innymi. Wybrane FNG zostaną przetestowane jako materiały aktywne w organicznej elektronice i fotowoltaice (wykonane i zbadane zostaną prototypy urządzeń: OLED-y, ogniwa słoneczne, OFET-y). Dzięki wszechstronnej analizie wyników syntez, obliczeń teoretycznych, wyników testów preaplikacyjnych, poszerzona zostanie wiedza odnośnie do relacji struktura-reaktywność-właściwości w obrębie pi-rozszerzonych pochodnych perylenu, benzoperylenu, koronenu i bardziej rozbudowanych FNG. Pogłębiona i ugruntowana zostanie również wiedza dotycząca nowo odkrytego tandemu cykloaddycja-cykloaromatyzacja.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2019/35/B/NZ7/02459

Kierownik: dr inż. Maciej Serda

Realizacja projektu: 2020-2023

Szybki rozwój nanotechnologii spowodował gwałtowny wzrost zainteresowania tą tematyką naukowców zajmujących się celowanymi terapiami przeciwnowotworowymi. Obecnie, najpopularniejsze zastosowania nanoterapeutyków obejmują diagnozowanie i leczenie nowotworów, ukierunkowane systemy dostarczania leków oraz obrazowanie zwierząt. Gruczolakorak przewodowy trzustki jest wyjątkowo agresywnym typem raka o złym rokowaniu i pięcioletnim wskaźniku przeżycia mniejszym niż 7%. Niestety, tradycyjna chemioterapia, która zwykle opiera się na gemcytabinie, jest nieskuteczna. Chociaż w tej dziedzinie prowadzone się intensywne poszukiwania z udziałem nowych typów terapii (immunoterapie, terapie genowe oraz nanoterapeutyki), jak dotąd nie ma skutecznych środków leczniczych dla tego typu nowotworu.

Głównym celem projektu jest opracowanie nanoterapeutyków fullerenowych do leczenia i diagnozowania nowotworów trzustki. W przedstawionym planie badawczym zostaną przygotowane trzy generacje pochodnych fullerenów, które łączą ze sobą dwa różne modele walki z nowotworami, mogące razem w sposób bardziej efektywny zahamować rozwój raka trzustki. W tym celu, skupimy się na reakcjach koniugacji leku erlotynib (zatwierdzony przez FDA chemioterapeutyk) z cząsteczką fullerenu, a następnie dostarczaniu krótkich interferujących fragmentów RNA (siRNA) przy użyciu nanoterapeutyku aminofullerenowego. Dodatkowo, planowane jest zbadanie efektów wzmocnienia obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI), co będzie możliwe dzięki obecności chelatowanych jonów gadolinu w strukturze pochodnej fullerenowej lub też poprzez utworzenie hybrydowego nanomateriału z superparamagnetycznym tlenkiem żelaza (C₆₀-ERLOTINIB-SPION).

Otrzymane nanomateriały węglowe zostaną dalej przebadane pod względem ich  aktywności biologicznej na poziomie komórkowym (określenie cytotoksyczności, lokalizacja komórkowa, transfekcja siRNA i badania na panelach enzymatycznych), w celu lepszego zrozumienia ich mechanizmów działania. W oparciu o eksperymenty przeprowadzane na poziomie komórkowym, zostaną wybrane najbardziej skuteczne pochodne fullerenów do dalszych doświadczeń na zwierzętach przy użyciu ludzkich modeli raka trzustki.

Projekt badawczy NCN SONATA NCN  NR 2019/35/D/ST4/00933

Kierownik: dr inż. Agnieszka Martyna

Realizacja projektu: 2020-2023

Osiągnięcia technologiczne prowadzące do udoskonalenia technik analitycznych pozwoliły na rozwój analitycznych technik łączonych/sprzężonych. Łączą one głównie metody chromatograficzne oraz spektroskopowe wykorzystując jednocześnie potencjał obu technik w badaniach dla celów sądowych, medycynie, analizie środowiskowej i żywności ze względu na dostarczanie jak najbardziej kompletnej informacji o analizowanych próbkach. W naukach sądowych techniki łączone wykorzystywane są w celu porównania dwóch próbek, np. włókien, by ustalić, czy mogą one pochodzić z tego samego źródła (hipoteza H₁), czy dwóch różnych źródeł (H₂) i w ten sposób powiązać ewentualnego podejrzanego z miejscem zdarzenia w toku dalszego postępowania.

W wyniku łączenia dwóch technik analitycznych, techniki sprzężone generują ogromną ilość danych. Często wizualizuje się je w formie dwuwymiarowej mapy/obrazu, na której kolor każdego piksela odpowiada intensywności zmierzonego sygnału. Należy mieć jednak na uwadze, że kluczem w ocenie podobieństwa próbek w naukach sądowych jest fakt, że gdy cechy obu próbek są bardzo popularne, ich podobieństwo może być przypadkowe. Niebezpieczeństwo to rośnie wraz ze wzrostem częstotliwości danej cechy. Z tego powodu teoria testowania hipotez oparta na ilorazie wiarygodności (ang. likelihood ratio, LR) jest rekomendowanym sposobem pozwalającym na interpretację podobieństwa danych fizykochemicznych w świetle dwóch przeciwstawnych hipotez (H₁ i H₂), uwzględniając unikatowość i zmienność cech w obrębie próbek i pomiędzy nimi.

Klasyczne modele LR pozwalają na porównanie cech próbek na podstawie baz danych, w których liczba próbek (m) jest większa niż liczba cech je opisujących (p). Ponadto, rozrzut danych w obrębie każdej próbki powinien być znacznie niższy od rozrzutu średnich dla tych próbek, aby umożliwić ich efektywne odróżnienie. Modele te przestały być wystarczające ze względu na szybki rozwój metod analitycznych, który wymusił ich ewolucję. Pierwsze udoskonalenia dotyczyły analizy podobieństwa widm lub chromatogramów, dla których m<<p, z zastosowaniem hybrydowych modeli LR. Wykorzystują one chemometryczne metody redukcji wymiarowości przestrzeni cech, by zapewnić m>p, i następnie wkomponowują ich rezultaty w modele LR. Celem badań jest więc wykorzystanie potencjału algorytmów do wnikliwej eksploracji danych (data mining), rozpoznawania obrazów (pattern recognition) oraz uczenia maszynowego (machine learning), które wspomogą proces poszukiwania ukrytych trendów w danych, redukcji wymiarowości przestrzeni cech poprzez wydobycie najbardziej unikatowych cech opisujących próbki i utworzenie efektywnego modelu LR do oceny podobieństwa np. danych GC-MS.

Badania te będą krokiem milowym w dziedzinie porównywania danych uzyskanych z technik łączonych między innymi w naukach sądowych, medycynie, analizie autentyczności produktów żywnościowych i innych cennych dóbr, gdzie o podobieństwie decyduje nie tylko zgodność cech, ale także ich unikatowość, wzmacniająca wyciągane wnioski.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2019/33/B/ST4/00962

Kierownik: prof. dr hab. inż. Stanisław Krompiec

Realizacja projektu: 2020-2023

Celem projektu jest stworzenie nowych możliwości w obszarze syntezy funkcjonalizowanych nanografenów (FNG) z wykorzystaniem strategii APEX (Annulative Pi-Extension) oraz 1,2-diarylo(hetarylo)benzoperylenów (DABP) jako struktur wyjściowych. Dzięki tej strategii –  reprezentowanej przez różnego typu reakcje cykloaddycji,,głównie Dielsa-Aldera do wnęki perylenu i jego pochodnych – acetylenów, arynów, aryno-di-ynów, oraz cyklotrimeryzacji arynów i dehydrokondensacji, zostaną otrzymane FNG o zaplanowanej strukturze i oczekiwanych właściwościach. Będące punktem wyjścia DABP są otrzymywane via cykloaddycja diaryloacetylenów do perylenu i jego pochodnych – to strategia opracowana i rozwijana przez zespół realizujący niniejszy projekt. Wszystkie etapy realizacji projektu – od planowania struktur docelowych, poprzez analizę mechanizmów wybranych reakcji cykloaddycji aż do analizy relacji struktura FNG a właściwości – są wspomagane obliczeniami DFT i TDDFT. Otrzymane, z wykorzystaniem innowacyjnej strategii, nowe FNG będą się charakteryzować różnymi wielkościami i kształtami(znajdą się wśród nich planarne i nieplanarne, zakrzywione na różne sposoby molekuły) oraz różnymi, peryferyjnymi grupami funkcyjnymi. Dzięki strukturalnemu zróżnicowaniu, otrzymane FNG będą się charakteryzować szerokim spektrum właściwości (absorpcyjnych, emisyjnych, elektrochemicznych), położeniem i szerokością przerwy energetycznej, zdolnościami do samoorganizacji i innymi. Wybrane FNG zostaną przetestowane jako materiały aktywne w organicznej elektronice i fotowoltaice (wykonane i zbadane zostaną prototypy urządzeń: OLED-y, ogniwa słoneczne, OFET-y). Dzięki wszechstronnej analizie wyników syntez, obliczeń teoretycznych, wyników testów preaplikacyjnych, poszerzona zostanie wiedza odnośnie do relacji struktura-reaktywność-właściwości w obrębie pochodnych perylenu, benzoperylenu, koronenu i bardziej rozbudowanych FNG.

Projekt badawczy NCN PRELUDIUM 2019/33/N/ST4/00817

Kierownik: mgr Aneta Kurpanik

Realizacja projektu: 2020-2023

Nadrzędnym celem niniejszego projektu jest opracowanie nowych metod syntezy rozbudowanych pochodnych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (głównie ekspansji rdzenia perylenowego) z wykorzystaniem tzw. strategii APEX (ang. Annulative Pi-Extension). Narzędziem  wykorzystywanym do realizacji tejże strategii jest reakcja cykloaddycji Dielsa-Aldera arynów (przede wszystkim benzo-di-ynu) do „bay region” (wnęki) zsyntezowanych uprzednio 3,9-dipodstawionych pochodnych perylenu. Dalsze transformacje otrzymanych pochodnych perylenowych (po cykloaddycji prekursora bis-benzynu) zamierza się realizować poprzez zastosowanie takich reakcji jak: cyklotrimeryzacja, cykloaddycja [2 + 2 + 2] acetylenodikarboksylanów, cykloaddycja 1,3-dipolarna azydków itp. W wyniku realizacji projektu stworzona zostanie biblioteka nowych pochodnych perylenu, które mogą być rozpatrywane jako funkcjonalizowane nanografeny. Ze względu na ich doskonałe właściwości (absorpcyjne, emisyjne, elektrochemiczne, trwałość termiczna), związki te mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w organicznej elektronice. W celu wstępnego określenia właściwości związków docelowych, lepszego zrozumienia relacji struktura-właściwości oraz analizy mechanizmów stosowanych reakcji, przeprowadzane są testy in silico z wykorzystaniem obliczeń kwantowo–chemicznych metodą DFT oraz TD-DFT – tego typu obliczenia zdają się jawić jako niezbędny element pracy chemika-syntetyka, umożliwiający precyzyjne „dostrajanie” właściwości projektowanych materiałów. Wybrane związki, wykazujące pożądane właściwości, zostaną  przetestowane pod kątem wykorzystania ich jako materiałów aktywnych w prototypowych urządzeniach OLED lub OPV.

Działanie naukowe w ramach konkursu MINIATURA

Kierownik: dr hab. Aneta Słodek, prof. UŚ

Realizacja projektu: 2020-2021

Głównym celem niniejszego projektu badań wstępnych jest synteza oraz analiza właściwości fotofizycznych nowych symetrycznych pochodnych N-etylo i N-decylofenotiazyny popdstawionych poprzez łącznik acetylenowy motywem karbazylowym, zawierającym w pozycji 9N pierwszorzędową, prostołańcuchową grupę alkilową zawierająca od 2 do 12 atomów węgla (od C2 do C12). W ten sposób możliwe będzie sprawdzenie wpływu długości łańcucha alkilowego zarówno w cząsteczce fenotiazyny jak i karbazolu na właściwości fotofizyczne związków będących przedmiotem projektu. Nowe pochodne fenotiazyny zostaną otrzymane w wieloetapowej syntezie opierając się na znanych z literatury procedurach syntetycznych. Struktury otrzymanych związków będą charakteryzowane za pomocą spektroskopii HRMS i NMR oraz analizy elementarnej. Własności fotofizyczne i elektrochemiczne wszystkich docelowych związków będą badane za pomocą spektroskopii absorpcyjnej i luminescencyjnej oraz woltamperometrii cyklicznej. Ponadto zostaną przeprowadzone obliczenia DFT/TDDFT w celu dogłębnej interpretacji otrzymanych wyników eksperymentalnych. Systematyczne badanie nowych pochodnych fenotiazyny pozwoli na wykazanie prawdopodobnej zależności między ich właściwościami elektrochemicznymi i spektroskopowymi (np. czas zaniku i kwantowa wydajność luminescencji) a długością łańcucha alkilowego w docelowych związkach. Celem zaplanowanych badań będzie wybór związków o najlepszych właściwościach fotofizycznych jako potencjalnych materiałów mających zastosowanie w diodach elektroluminescencyjnych. Przedstawione badania wstępne będą częścią większego projektu, którego myślą przewodnią będzie określenie wpływu długości pierwszorzędowego prosto lub rozgałęzionego łańcucha alkilowego na właściwości fotofizyczne układów opartych na pochodnych m.in. fenotiazyny, bitiofenu, dibenzotiofenu, etc., podstawionych przez takie same lub różne podstawniki, będące pochodnymi m.in. fluorenu, karbazolu, imidazolu etc.

Działanie naukowe w ramach konkursu MINIATURA

Kierownik: dr Agata Szłapa-Kula

Realizacja projektu: 2020-2021

Celem projektu jest opracowanie wydajnej metody syntezy, otrzymanie oraz określenie właściwości termicznych, fotoluminescencyjnych i elektrochemicznych szeregu nowych pochodnych 1H-imidazo[4,5-f][1,10]fenantroliny, stanowiących atrakcyjne materiały luminescencyjne do zastosowań w organicznej elektronice oraz będących doskonałymi ligandami do syntezy związków koordynacyjnych metali przejściowych o potencjalnych zastosowaniach w technologii OLED i terapii antynowotworowej.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2018/31/B/ST8/00166

Kierownik: prof. dr hab. Wojciech Pisarski

Realizacja projektu: 2019-2023

W ostatnich latach dużym zainteresowaniem cieszą się materiały wykazujące wydajną luminescencję w szerokim zakresie podczerwieni. Do nich należą również szkła i włókna optyczne, będące przedmiotem badań niniejszego projektu naukowego. Realizacja projektu pod tytułem „Szkła tytanowo-germanianowe i ich zastosowania jako włókna optyczne emitujące promieniowanie w zakresie bliskiej i średniej podczerwieni” ma na celu syntezę tlenkowych i tlenkowo-fluorkowych szkieł tytanowo-germanianowych zawierających domieszki optycznie aktywne, charakterystykę termiczną i strukturalną szkieł przy użyciu różnych technik eksperymentalnych, to jest metod DSC, XRD, EPR, FT-IR i Ramana, określenie wpływu stężenia TiO₂ na otrzymywanie szkieł i zależności między ich lokalną strukturą a właściwościami, otrzymanie tytanowo-germanianowych włókien optycznych ze szczególnym uwzględnieniem wpływu parametrów technologicznych na ich formowanie
i właściwości luminescencyjne oraz zbadanie wyjściowych szkieł i włókien optycznych aktywowanych jonami ziem rzadkich i/lub metali przejściowych pod kątem ich przydatności emisyjnych w zakresie bliskiej i średniej podczerwieni. Zaplanowano zbadanie procesów relaksacji promienistej i niepromienistej oraz ich mechanizmów zachodzących pomiędzy jonami aktywnymi w szkłach i włóknach optycznych. Aspekty tych badań są interesujące z punktu widzenia naukowego i technologicznego. Są one również istotne dla potencjalnych zastosowań w postaci szerokopasmowych wzmacniaczy optycznych pracujących w zakresie bliskiej podczerwieni i źródeł laserowych emitujących promieniowanie w zakresie średniej podczerwieni.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2018/31/B/ST8/00599

Kierownik: dr hab. Mirosław Chorążewski, prof. UŚ

Realizacja projektu: 2019-2022

Magazynowanie energii cieplnej to jedna z nowoczesnych metod, dzięki której energia odpadowa może być przechowywana w akumulatorach termicznych. Na tak zmagazynowaną energię składa się energia związana z pojemnością cieplną materiału oraz ciepło przemiany fazowej, które obejmuje topienie/krystalizację substancji lub ciepło odwracalnych reakcji chemicznych. Proponowana przez nas w projekcie koncepcja technologiczna magazynowania energii cieplnej związana jest z mechanizmem intruzji-ekstruzji niezwilżającej cieczy do nanoporowatego materiału. Taki układ ciecz-porowaty materiał nazywamy układem sprężyn molekularnych. Ekstruzja cieczy z układu sprężyn molekularnych uwalnia ciepło. Proces ten jest odwracalny, dzięki czemu mamy do czynienia z cyklem odnawialnym, który może przebiegać wielokrotnie.

Pomysł nasz polega na próbie połączenia dwóch metod pozyskiwania i magazynowania energii, a mianowicie dobrze znanego ciepła przemiany fazowej oraz nowatorskiej metody intruzji-ekstruzji niezwilżającej cieczy w materiałach porowatych w celu opracowania nowej koncepcji (a w przyszłości również wydajnej technologii) o zwiększonej gęstości magazynowania energii. Nowatorskość koncepcji wynika z wykorzystania i funkcjonalizacji najlepszych właściwości i parametrów każdego z dwóch wykorzystywanych podsystemów. Pierwszy oparty będzie na materiałach o wysokiej pojemności cieplnej i ciepła przemiany fazowej. Drugi natomiast podukład będzie wykorzystywał mechanizm magazynowania energii przez wymuszoną intruzję niezwilżającej cieczy w nanoporowate materiały. Odwracalność procesów intruzji-ekstruzji, rozszerzalność niezwilżającej cieczy w wyniku wzrostu temperatury w układach nanoporowatych oraz sam mechanizm interakcji tej cieczy z materiałem porowatym odgrywają tutaj kluczowa rolę i stanowią główny problem naukowy, jaki pragniemy rozwiązać w tym projekcie badawczym. Wypracowanie właściwego rozwiązania teoretycznego postawionego problemu pozwoli zrozumieć, jak należy projektować układy o większej gęstości magazynowania energii cieplnej.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2018/31/B/NZ7/02122

Kierownik: prof. dr hab. Robert Musioł

Realizacja projektu: 2019-2022

Metabolizm żelaza w komórkach nowotworowych przebiega odmiennie niż w zdrowych tkankach organizmu. Zjawisko to od pewnego czasu jest intensywnie badane na całym świecie, czego efektem są próby wprowadzenia do leczenia chemoterapeutyków opartych na wiązaniu tego ważnego pierwiastka. Aktualnie trwają próby kliniczne trzech leków o takim mechanizmie działania jednakże braki w pełnym zrozumieniu wszystkich aspektów ich działania wyraźnie hamują dalszy rozwój. W naszym zespole prowadzimy od pewnego czasu badania skoncentrowane na chelatorach żelaza, które pozwoliły nam przedstawić możliwy nowy aspekt działania tych związków polegający na jednoczesnej funkcji jonoforów czyli swego rodzaju transporterów tych jonów. Wpływ jonoforów przejawia się w zaburzeniach poziomu żelaza w różnych częściach komórki co odbija się na jej metabolizmie i zdolności antyoksydacyjnej. Różnice w poziomie aktywności metabolicznej normalnych, zdrowych oraz komórek nowotworowych są podstawą selektywności takich związków. Komórki nowotworowe z racji częstego podziału mają poziom procesów utleniania tak wysoki, że względnie łatwo przesunąć go poza zakres kontroli co kończy się śmiercią komórki. W bieżącym badaniach wykorzystujemy nowe podejście do projektowania związków o aktywności jonoforycznej posiadających jednak zdolność do oddziaływań wielocelowych. Tego typu układy mogą destabilizować potencjał antyoksydacyjny komórki nowotworowej, jednocześnie wpływając na ważne szlaki sygnałowe i metaboliczne. Głównym celem projektu jest więc pozyskanie nowych związków o wielocelowym działaniu związanym z metabolizmem żelaza jako potencjalnych leków przeciwnowotworowych. Obok projektowania i syntezy uwzględniamy badania fizykochemiczne oraz biochemiczne ionoforów na linie komórek nowotworowych. W szczególności planujemy podjąć ważną, lecz często zaniedbywaną problematykę związku gospodarki żelaza na procesy hipoksji i związanej z tym skłonności do angiogenezy i przerzutowania. W ty celu prowadzimy serię eksperymentów z wykorzystaniem trójwymiarowych sferoidalnych struktur komórkowych które można traktować jako model rozwijającego się guza. Realizacja projektu może przyczynić się do powstania nowych leków do leczenia raka trzustki, najbardziej niebezpiecznego i trudnego w leczeniu.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2018/31/B/ST4/00041

Kierownik: prof. dr hab. Rafał Sitko

Realizacja projektu: 2019-2022

Miniaturyzacja technik zatężania/rozdzielania analitów pozwala znacznie zredukować ilość toksycznych rozpuszczalników i odczynników. Stąd coraz większe zainteresowanie mikroekstrakcją do fazy stałej jako alternatywy dla klasycznej ekstrakcji SPE w śladowej i ultraśladowej analizie nieorganicznej. Z opracowaniem technik mikroekstrakcyjnych wiążą się dwa główne zagadnienia: (a) synteza nowych adsorbentów o takich właściwościach adsorpcyjnych, aby mogły być użyte w mikro-ilości, (b) zastosowanie technik spektroskopowych umożliwiających analizę mikro-próbek. W świetle pierwszego zagadnienia, kamieniem milowym było odkrycie nanomateriałów węglowych, tj. tlenku grafenu i nanorurek węglowych. W świetle drugiego, niezwykle interesująca wydaje się być rentgenowska spektrometria fluorescencyjna z całkowitym odbiciem promieniowania (TXRF). W technice tej mikro-próbka (ciecz lub zawiesina) nanoszona jest na gładką powierzchnię reflektora. Dzięki zastosowanej geometrii pomiarowej uzyskuje się bardzo niskie tło oraz wysoką czułość i w związku z tym niezwykle niskie granice wykrywalności. Celem projektu jest opracowanie metod mikroanalitycznych opartych na nowych modyfikowanych nanomateriałach węglowych i spektrometrii TXRF. Kluczowym zagadnieniem jest synteza nanomateriałów o nowych właściwościach adsorpcyjnych odpowiednich do zastosowania w dyspersyjnej ekstrakcji do mikro-fazy stałej i pomiarze TXRF. W projekcie modyfikowana będzie powierzchnia tlenku grafenu i nanorurek węglowych w celu poprawy zdolności adsorpcyjnych, a szczególnie ich selektywności w stosunku do wybranych jonów metali. W związku z tym możliwa będzie specjacja i ultraśladowa analiza próbek o złożonej matrycy, trudnych lub niemożliwych do bezpośredniej analizy za pomocą technik spektroskopowych (np. wód silnie zasolonych). Badania wykonane w zakresie niniejszego projektu umożliwią nie tylko opracowanie nowych procedur mikroanalitycznych zgodnych z zasadami zielonej chemii, ale także poszerzą podstawową wiedzę o adsorpcji jonów metali na modyfikowanych nanomateriałach węglowych.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2018/29/B/ST8/02303

Kierownik: prof. zw. dr hab. inż. Jarosław Polański

Realizacja projektu: 2019-2023

Celem naukowym projektu jest uzyskanie nowych trójwymiarowych struktur kompozytowych łączących nanokatalizatory złota, renu, rutenu i palladu w różnych konfiguracjach połączenia bimetalicznego oraz określenie zależności pomiędzy parametrami fizykochemicznymi i mechanicznymi struktur a ich właściwościami i funkcjonalnością w procesach niskotemperaturowej katalitycznej konwersji tlenków węgla w metan (metanizacja). Rosnąca antropogeniczna presja człowieka na środowisko jest wynikiem spalania paliw kopalnych i emisji gazów cieplarnianych. Wysiłki mające na celu walkę z globalnym ociepleniem obejmują wykorzystanie nowych technologii w celu wykorzystania materiałów odpadowych do odzyskiwania energii, redukcji zanieczyszczeń i ochrony środowiska. Konsekwencją tych założeń jest poszukiwanie nowych heterogenicznych katalizatorów do wykorzystania gazów cieplarnianych jako potencjalnych źródeł energii. Szczególną uwagę zwraca się na CO2 jako atrakcyjny surowiec do wytwarzania metanu (reakcja Sabatiera), który jest wykorzystywany jako paliwo do wytwarzania energii w turbinach gazowych. Podstawową hipotezą w naszych badaniach jest założenie, że możliwe jest osiągnięcie synergistycznego oddziaływania w katalitycznych procesach metanizacji w przypadku zastosowania niestopowych, wieloskładnikowych nanostruktur metalicznych, które są formowane na kształt samonośnych, trójwymiarowych struktur porowatych, wykorzystując bimetaliczne nanocząstki Au, Re, Ru i Pd, zintegrowane poprzez spiekanie plazmowe iskrowe (SPS) lub inną niskoenergetyczną metodę konsolidacji nanocząstek.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2018/31/B/ST8/03294

Kierownik: dr Marcin Libera, konsorcjum z grupą dr hab. Marka Lipińskiego, Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego PAN w Krakowie

Realizacja projektu: 2019-2022

Project NCBiR w ramach II konkursu na wspólne polsko-południowoafrykańskie projekty badawcze – „Współpraca Polska-RPA”: PL-RPA2/04/DRHTeas/19

Kierownik: dr hab. Beata Zawisza, prof. UŚ

Realizacja projektu: 2019-2022

Celem projektu jest opracowanie modelu dyskryminacyjnego umożliwiającego odróżnianie herbaty z czerwonokrzewu (rooibos) od herbaty z miodokrzewu (honeybush – C. intermedia) oraz przewidywanie stosunku składników mieszanek herbaty z czerwonokrzewu i miodokrzewu na podstawie ich profilu metabolicznego oraz składu pierwiastków. Skład herbat zostanie wyznaczony za pomocą analizy LC-MS i EDXRF. Pomiar EDXRF próbek proszkowych/sprasowanych herbat pozwoli na oznaczenie ich składu nieorganicznego na podstawie analizy bezwzorcowej. Dobrane zostaną warunki pomiarowe a metody zostaną zwalidowane. Następnie dokonana zostanie eksploracja danych eksperymentalnych i konstrukcja modeli dyskryminacyjnych dla czystych herbat oraz modeli kalibracyjnych dla ich mieszanek. Po wstępnym przetworzeniu danych, nastąpi ich eksploracja (z wykorzystaniem liniowych i nieliniowych metod projekcji), analiza wariancji w celu stwierdzenia statystycznej istotności różnic między badanymi gatunkami herbaty (metody ASCA i ANOVA-Target Projection), oraz konstrukcja modeli dyskryminacyjnych (liniowa lub nieliniowa PLS) i klasyfikacyjnych (SIMCA). Obliczenia te wykonane zostaną dla Danych 1, Danych 2 oraz dla Danych 3, będących wynikiem fuzji Danych 1 i 2. Przebadane zostaną różne poziomy fuzji danych. Jeśli w Danych 1 i/lub Danych 2 obecne będą brakujące elementy, wykorzystane zostaną nowoczesne metody iteracyjne, umożliwiające konstrukcje modeli dla obserwowanych elementów macierzy danych. W przypadku problemów z obiektami odległymi do modelowania danych wykorzystane będą metody stabilne (robust SIMCA czy też robust PLS).

W związku ze współpracą ośrodka specjalizującego się m.in. w analizie chromatograficznej produktów naturalnych, Agricultural Research Council (ARC) w Republice Południowej Afryki, oraz zespołów z Uniwersytetu Śląskiego specjalizujących się w analizie pierwiastkowej techniką XRF oraz chemometrii, niniejszy projekt ma charakter interdyscyplinarny i międzykontynentalny.

Projekt badawczy NCN PRELUDIUM nr 2018/29/N/ST4/01547

Kierownik: mgr Łukasz Pieszczek

Realizacja projektu: 2019-2021

Obrazowanie hiperspektralne w bliskiej podczerwieni (hyperspectral imaging in the near-infrared range, HSI-NIR) to technika instrumentalna pozwalająca na szybki, nieinwazyjny pomiar i charakteryzację głównego składu chemicznego powierzchni próbek. Pomiar prowadzi do pozyskania przestrzennych obrazów spektralnych, w których pojedynczy piksel jest reprezentowany przez widmo spektroskopowe fragmentu badanej próbki. Najnowsze publikacje dowodzą, że technika HSI-NIR z powodzeniem może być stosowana w analityce chemicznej, m.in. do badania autentyczności dzieł sztuki, poszukiwania poszlak i śladów na miejscu zdarzenia na potrzeby chemii sądowej, a także do identyfikacji fałszowanych leków.

Celem projektu jest rozwinięcie koncepcji hiperspektrogramu, nowego sposobu reprezentacji i interpretacji próbki stałej, który uwzględnia niejednorodność chemiczną zawartą w rejestrowanych danych hiperspektralnych. Nowo opracowany sposób opisu próbek może znacząco wspomóc rozwiązywanie rozmaitych problemów analitycznych, obejmujących m.in. ocenę autentyczności leków i żywności, badania monitorujące zmiany w próbce obserwowane w czasie, czy szeroko pojętą kontrolę jakości. Niniejszy projekt ma charakter interdyscyplinarny. Łączy badania spektroskopowe z wykorzystaniem nowoczesnych metod chemometrycznych i statystycznych, a także metod analizy obrazów.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2017/27/B/ST4/02748

Kierownik: prof. dr hab. Marzena Dzida, konsorcjum z grupą dr. hab. Sławomira Boncla, prof. PolŚl, Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej

Realizacja projektu: 2018-2021

Obecna sytuacja w gospodarce światowej wymaga poszukiwania alternatywnych w stosunku do paliw  konwencjonalnych źródeł energii oraz optymalizację obecnych technologii energetycznych, obejmującą m.in. poszukiwanie innowacyjnych płynów roboczych w tym płynnych nośników ciepła (ang. Heat Transfer Fluids, HTF). Alternatywą dla obecnie wykorzystywanych HTF mogą okazać się układy cieczy jonowych z nanocząstkami (ang. IoNanofluids). IoNanofluids to „płyny hybrydowe” charakteryzujące się wysokim przewodnictwem cieplnym. Są to stabilne układy składające się z nanocząstek zdyspergowanych w cieczy jonowej. Nanocząstki to cząstki, których co najmniej jeden z wymiarów mieści się w zakresie od 1 nm do 100 nm, a ciecze jonowe to związki chemiczne o temperaturze topnienia poniżej 100 ^oC składające się wyłącznie z jonów. Zasadniczym powodem właściwości cieczy jonowych jest ich budowa molekularna – składają się one bowiem z dużych organicznych kationów o niskiej symetrii i nieorganicznych lub organicznych anionów. Ze względu na swój skład i budowę mają wiele intrygujących właściwości – są ciekłe w szerokim zakresie temperatury do 300 °C, są niepalne i nie parują, są stabilne chemicznie i termicznie – są zatem atrakcyjnym medium do wymiany i magazynowania ciepła. Z kolei „zawieszenie” w nich niewielkich ilości nanocząstek może zwiększać przewodnictwo cieplne w porównaniu z ich bazowymi cieczami jonowymi. W ten sposób IoNanofluids łączą zalety nanopłynów i cieczy jonowych, ale nie jest to zwykłe „uśrednienie” właściwości mieszaniny, gdyż takie płyny hybrydowe charakteryzuje nieliniowość właściwości fizycznych od stężenia nanoczastek oraz synergia właściwości indywidualnych „składników”. Celem tego projektu jest stworzenie zupełnie nowych IoNanofluids o powtarzalnych w otrzymywaniu parametrach, tj. przede wszystkim o znacznie poprawionej stabilności oraz niespotykanym dotąd przewodnictwie cieplnym i izobarycznej pojemności cieplnej. Jako faza rozproszona wybrane zostały nanostruktury węglowe o podłużnej geometrii, czyli nanorurki i „nanohelisy” węglowe dla których mechanizm przewodnictwa cieplnego może przypominać utworzenie połączonej sieci trójwymiarowej. Jako faza rozpraszająca wybrane zostały termicznie stabilne imidazoliowe i pirolidyniowe ciecze jonowe z anionem tiocyjanianowym, tricyjanometanianowym, dicyjanoimidkowym oraz bis(trifluorometylosulfonylo)imidkowym o zmiennych wartościach izobarycznej pojemności cieplnej i przewodnictwa cieplnego oraz niskiej lepkości. Taki wybór składników pozwoli na zbadanie, w jaki sposób wielkość anionów i kationów, rozmiar nanocząstek i ich morfologia oraz oddziaływania między nanomateriałami a płynem bazowym wpłyną na właściwości termofizyczne IoNanofluids takie jak przewodnictwo cieplne, gęstość, lepkość, izobaryczna pojemność cieplna. Ważne jest jednak przede wszystkim, aby scharakteryzować rozkład wielkości cząstek w IoNanofluids, a nie tylko samych nanostruktur węglowych. Szczególne znaczenie naukowe dla tego projektu polega na badaniu struktury IoNanofluids za pomocą kriogenicznej mikroskopii transmisyjnej (cryo-TEM). Metoda cryo-TEM umożliwia bowiem bezpośrednie obrazowanie i charakteryzowanie IoNanofluids w „stanie naturalnym”. Badane obiekty są przeprowadzane w stan szklisty przez szybkie chłodzenie i badane w formie amorficznego filmu. Uzyskane wyniki pozwolą połączyć w rezultacie właściwości termofizyczne ze strukturą IoNanofluids w celu odkrycia prawdziwych  mechanizmów stabilizacji oraz przewodzenia ciepła w cieczach jonowych i IoNanofluids. To z kolei pozwoli lepiej projektować, np. płyny robocze w kolektorach słonecznych czy też płyny chłodnicze superkomputerów lub silników samochodowych.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2017/25/B/ST5/0161

Kierownik: prof. dr hab. Barbara Machura

Realizacja projektu: 2018-2021

Strategicznym celem projektu jest świadome kształtowanie właściwości elektrochemicznych, foto- i elektro-luminescencyjnych związków [Re(CO)₃Cl(κ²-R-terpy)], [Re(CO)₃Cl(κ²-R-dtpy)] i [Re(CO)₃Cl(κ²-R-dppy)], w efekcie czego zostaną otrzymane nowe, bardziej wydajne materiały fosforescencyjne wykazujące emisję w zakresie światła widzialnego, o potencjalnych zastosowaniach w technologii OLED.

Właściwości optyczne związków [Re(CO)₃Cl(κ²-N-N)] są modyfikowane poprzez wprowadzanie do szkieletu 2,2¢:6¢,2¢¢-terpirydyny (terpy), 2,6-di(tiazol-2-il)pirydyny (dtpy) oraz 2,6-di(pirazyn-2-yl)pirydyny (dppy) odpowiednio zaprojektowanego podstawnika R. Podstawniki różnicuje się pod względem stopnia zawady sterycznej oraz ich właściwości elektronodonorowych i elektronoakceptorowych, a do centralnego pierścienia pirydyny rdzenia terpy, dppy i dppy wprowadza się je bezpośrednio lub poprzez łącznik. Ze względu na silne sprzężenie spinowo-orbitalne pierwiastków piątego okresu i występowanie zjawiska przejścia międzysystemowego, emisja w związkach renu(I) następuje z najniżej leżących wzbudzonych stanów trypletowych, a poprzez modyfikacje strukturalne liganda organicznego zmienia się charakter i energię emisyjnego stanu wzbudzonego.

Badania w tym obszarze mają fundamentalne znaczenie dla wielu obszarów chemii, fizyki i nauki o materiałach. Wyznaczone zależności pomiędzy foto i elektro-luminescencją a budową chemiczną liganda organicznego to podstawa racjonalnego projektowania i otrzymywania związków koordynacyjnych o pożądanych parametrach funkcjonalnych, istotnych dla poszczególnych typów zastosowań.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2016/23/B/ST8/02968

Kierownik: dr hab. Mirosław Chorążewski, prof. UŚ

Realizacja projektu: 2017-2022

Znajomość właściwości fizykochemicznych w szerokim zakresie zmienności temperatury i ciśnienia oraz równowag fazowych skompresowanych płynów technicznych, odgrywa istotne znaczenie w wielu dziedzinach chemii, technologii oraz inżynierii chemicznej. Naszym celem jest opracowanie efektywnego i jednocześnie prostego równania stanu pozwalającego przewidywać właściwości termodynamiczne płynów technicznych (jak gęstość, prędkość propagacji fali ultradźwiękowej), jako czynników roboczych w sprężarkach, w układach chłodzenia, układach gromadzenia energii, silnikach itp.

Celem jest opracowanie zbioru nowych równań stanu, opartych na statystycznej teorii fluktuacji, które pozwolą na przewidywanie właściwości termodynamicznych ciekłej fazy skompresowanej bez konieczności uprzedniej znajomości innych właściwości fizykochemicznych cieczy roboczych w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury oraz bez konieczności znajomości ich

składu chemicznego i charakteru odziaływań międzycząsteczkowych. Nasza propozycja da inżynierowi w miarę proste narzędzie obliczeniowe pozwalające z dużą precyzją przewidywać gęstość oraz prędkość propagacji ultradźwięków dla płynów technologicznych w szerokim zakresie zmienności warunków termodynamicznych.

Zaproponowane narzędzie obliczeniowe pozwoli przewidywać i modelować również szereg istotnych z inżynieryjnego punktu widzenia współczynników termoelastycznych dla skompresowanych cieczy roboczych. Otrzymany model będzie wykorzystywany przez szerokie grono inżynierów i naukowców przy projektowaniu nowych dedykowanych skonkretyzowanym zastosowaniom płynów roboczych oraz przy optymalizacji przemysłowych procesów fizykochemicznych, gdzie płyny odgrywają kluczową rolę.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2016/23/B/ST8/01965

Kierownik: prof. dr hab. Wojciech Pisarski

Realizacja projektu: 2017-2021

Znacznym zainteresowaniem w dziedzinie zaawansowanych materiałów optycznych cieszą się szklano-ceramiczne układy zol-żelowe zawierające nanokryształy fluorkowe. Realizacja projektu naukowego pod tytułem „Detekcja nanokryształów fluorkowych rozproszonych w materiałach zol-żelowych przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej oraz metod mikroskopowych i spektroskopowych” ma na celu otrzymanie szklano-ceramicznych materiałów zol-żelowych zawierających nanokryształy fluorkowe i domieszki optycznie aktywne (jony ziem rzadkich) oraz zbadanie ich właściwości strukturalnych i luminescencyjnych. Zaplanowano zbadanie widm luminescencji jonów ziem rzadkich i kinetyki ich zaniku w nanokryształach fluorkowych rozproszonych w matrycy zol-żelowej do potencjalnych zastosowań w układach emitujących w zakresie światła widzialnego. Badania strukturalne i termiczne będą prowadzone z zastosowaniem: rentgenowskiej analizy fazowej, transmisyjnej mikroskopii elektronowej, spektroskopii w podczerwieni oraz różnicowej kalorymetrii skaningowej. Metody spektroskopii optycznej (widma absorpcji, wzbudzenia, emisji, pomiar czasów życia, pomiar współczynnika załamania światła) zostaną wykorzystane do określenia parametrów spektroskopowych istotnych z punktu widzenia procesów transferu energii między jonami ziem rzadkich. Synteza i detekcja nanokryształów fluorkowych jest interesująca z punktu widzenia technologicznego i badań strukturalnych. Zaplanowane badania spektroskopowe oprócz wyraźnych cech poznawczych zawierają również potencjalne aspekty aplikacyjne. Zbadanie procesów transferu energii między jonami ziem rzadkich w nanokryształach fluorkowych obecnych w materiałach zol-żel wydaje się interesujące z punktu widzenia zastosowań w układach emitujących w szerokim zakresie spektralnym światła widzialnego.

Projekt badawczy NCN OPUS nr 2016/23/B/ST8/02045

Kierownik: prof. dr hab. inż. Ewa Schab-Balcerzak

Realizacja projektu: 2017-2021

Zakres projektu obejmuje wytworzenie przewodzących kompozytów zawierających fazę rozproszoną w postaci polimeru przewodzącego lub nieorganicznych nanocząstek ZnO i TiO2 lub układów hybrydowych z tych wypełniaczy. Przygotowanie odpowiednich kompozytów dostarczy informacji o wpływie składu materiału, rozkładu wypełniaczy, wielkości nanocząstek oraz parametrów procesu na właściwości otrzymanych materiałów. Synteza polimerów odbędzie się na drodze polimeryzacji elektrochemicznej lub chemicznej. Otrzymane materiały zostaną scharakteryzowane w aspekcie właściwości niezbędnym do wytwarzania kompozytów przewodzących. W oparciu o wytworzone kompozyty zostaną przygotowane włókna i maty metodą elektroprzędzenia. Określone zostaną parametry technologiczne efektywnego prowadzenia procesu przędzenia jak przewodność i lepkość użytych układów. Zastosowana technika wytwarzania włókien umożliwi uzyskanie urządzeń elastycznych na przykład tekstyliów. Produkcja nanowłókien techniką elektroprzędzenia zapewni dużą powierzchnię niezbędną do utworzenia heterozłącza typu donor – akceptor elektronów. Jedną z kluczowych kwestii podejmowaną w ramach projektu jest optymalizacja procesu wytwarzania jednowymiarowych nanostruktur kompozytowych. Stopień krystaliczności kompozytu ceramicznego w postaci nanodrutów z nanocząstek i polimerach dokonuje się za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej. Włókna posłużą do konstruowania ogniw barwnikowych lub objętościowych z wykorzystaniem między innymi barwników krzyżowych. Badanie struktury chemicznej barwników wykonane zostaną technikami spektroskopowymi. Do analizy topografii powierzchni nanokompozytów i osadzonych warstw zostanie wykorzystana mikroskopia sił atomowych oraz skaningowa i transmisyjna mikroskopia elektronowa. Właściwości optoelektroniczne włóknistych ogniw, takie jak absorpcja, transmisji, współczynnik załamania światła, współczynnik ekstynkcji i przerwa energetyczna będą mierzone za pomocą spektroskopii UV/VIS oraz elipsometrycznie. Nowo barwniki oraz polimery zostaną poddane analizie elektrochemicznej techniką cyklicznej woltamperometrii. Pozwala ona na określenie poziomu i energii orbitali HOMO i LUMO. Wyznaczone zostaną charakterystyki prądowo-napięciowe wytworzonych ogniw fotowoltaicznych co pozwoli na obliczenie wielkości elektrycznych opisujących te ogniwa, takie jak prąd zwarcia. W przedstawionym projekcie proponujemy zastosowanie krzyżowych barwników organicznych lub układów objętościowych gdzie jako warstwa aktywna zastępująca ciekły elektrolit zastosowana będzie warstwa polimerowego materiału przewodzącego. Doprowadzi to do poprawy trwałości i efektywności uzyskanych ogniw. Realizacja celów projektu będzie możliwa poprzez wykonanie zadań badawczych składających się z zaprojektowania i badania grupy nowo opracowanych krzyżowych barwników organicznych, jak i nanokompozytów ceramicznych w postaci nanodrutów występujących w połączeniu z wypełniaczami nanocząstekowymi i polimerami przewodzącymi. Opracowana zostanie procedura formowania i badanie nowych fotowoltaicznych ogniw barwnikowych.