#badaniaPPNT, czyli naukowo-badawcza działalność PPNT

2021-03-11

Zespół Syntez Materiałowych, będący częścią Działu Badań Naukowych PPNT, intensywnie pracuje nad licznymi projektami badawczymi, ale nie tylko! Nasi Naukowcy koncentrują się także na publikowaniu wyników swoich badań naukowych w międzynarodowych czasopismach branżowych, współpracy z innymi ośrodkami naukowymi oraz koordynowaniu badań naukowych doktorantów.

Poniżej prezentujemy najważniejsze obszary naukowo-badawczej działalności Zespołu Syntez Materiałowych. Zapraszamy do lektury!

PROJEKTY NAUKOWE

Kompozyty

W PPNT realizujemy projekty związane z kompozytami. Jednym z nich jest projekt „Innowacyjne, wielofunkcjonalne układy kompozytowe z przeznaczeniem na elementy konstrukcyjne autonomicznych platform bezzałogowych” w ramach programu badań naukowych na rzecz obronności i bezpieczeństwa państwa, którego całkowity koszt realizacji wynosi 5 271 628,00 zł. Inicjatywa ta jest finansowana przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Celem projektu jest opracowanie innowacyjnych rozwiązań kompozytowych w obszarze nowoczesnych, wielofunkcjonalnych kompozytów do wytwarzania konstrukcji powietrznych, lądowych i morskich autonomicznych platform bezzałogowych. Zastosowanie uzyskanych rozwiązań materiałowych znacząco wpłynie na rozbudowę zdolności operacyjnych Sił Zbrojnych RP oraz służb odpowiedzialnych za zapewnienie bezpieczeństwa publicznego. Projekt wymaga ścisłej współpracy i wymiany uzyskanej wiedzy pomiędzy instytucjami naukowymi, przedsiębiorcami oraz interesariuszami projektu – Gestorami z obszaru obronności i bezpieczeństwa, na wszystkich etapach projektu.

Projekt realizujemy jako konsorcjum naukowe wraz z Instytutem Technologii Bezpieczeństwa „MORATEX” w Łodzi, Akademią Sztuk Pięknych im Wł. Strzemińskiego w Łodzi oraz Śląskim Centrum Naukowo-Technologiczne Przemysłu Lotniczego Sp. z o.o. w Czechowicach-Dziedzicach.

Ponadto, w tej tematyce, realizujemy także projekt „Wielofunkcyjne układy kompozytowe na bazie żywic epoksydowych z cieczami jonowymi jako inicjatorami procesu sieciowania”, którego kierownikiem jest dr hab. inż. Marcin Śmiglak. Projekt ten jest finansowany przez Narodowe Centrum Nauki (NCN), a kwota dofinansowania wynosi 1 986 400,00zł.

Żywice epoksydowe od ponad 70 lat znajdują zastosowania w wielu gałęziach przemysłu, a dzięki swoim unikalnym właściwościom, uważane są za jedną z najważniejszych grup polimerów. Mają dobre właściwości mechaniczne, termiczne, są odporne chemicznie, dzięki czemu znalazły wiele praktycznych zastosowań jako: kleje, materiały powlekające, dodatki do farb, kompozyty, masy formierskie, materiały mikroelektroniczne czy matryce dla kompozytów wzmacnianych włóknami.

Projekt ma na celu opracowanie i wytworzenie nowych kompozytów na bazie żywic epoksydowych. Nowatorskim elementem projektu jest zastosowanie różnych grup cieczy jonowych ​(ILs) lub ich mieszanin jako inicjatorów sieciowania żywic. Dzięki zastosowaniu ILs można będzie otrzymać układy żywica-inicjator zdolne do długiego przechowywania oraz sieciowania tylko w podwyższonej temperaturze, przy jednoczesnym skróceniu czasu samego procesu Istotną nowością jest również zastosowanie materiałów SILP (cieczy jonowej zaadsorbowanej na powierzchni krzemionki), łącząc w ten sposób użycie inicjatora procesu sieciowania i wypełniacza, w jednym materiale. Kolejnym elementem nowości jest jednoczesne zastosowanie cieczy jonowych (jako inicjatorów sieciowania oraz wypełniaczy) wpływających na właściwości mechaniczne i sorpcyjne, a także zastosowanie dwóch różnych wypełniaczy w celu zniwelowania/zrównoważenia niepożądanych zmian wywołanych użyciem jednego wypełniacza.

Fotonika

W laboratoriach PPNT prowadzone są także liczne badania dotyczące fotoniki. Razem z Siecią Badawczą Łukasiewicz – PORT Polski Ośrodek Rozwoju Technologii zakończyliśmy projekt „Wytwarzanie i optymalizacja komponentów fotonicznych za pomocą wiązki elektronowej i jonowej poprzez polimeryzację cieczy jonowych”. Projekt uzyskał dofinansowanie z Narodowego Centrum Nauki w wysokości 1 326 700,00 zł (z czego ponad 700 000,00 zł bezpośrednio na badania prowadzone przez PPNT). Rezultatem projektu są m.in. zgłoszenia patentowe oraz kilka publikacji naukowych, które ukazały się na łamach wysokocytowanych czasopism o zasięgu globalnym!

Projekt koncentrował się na nowych materiałach dla technologii tworzenia struktur polimerowych w skali mikro- lub nanometrowej na płaskich podłożach np. krzemowym lub szklanym. Strukturę polimerową otrzymuje się poprzez miejscowe naświetlanie ultracienkiej warstwy materiału wyjściowego wiązką elektronową lub jonową, co powoduje jej polimeryzację i utworzenie trwałego, zaplanowanego maszynowo wzoru. Tak wytworzone struktury stanowią alternatywę dla układów elektronicznych, a do ich działania wykorzystywane jest światło zamiast prądu elektrycznego.

Jako najlepsze podsumowanie projektu może służyć fakt, że otrzymaliśmy dofinansowanie na kontynuację badań w ramach nowego projektu. Dlatego też obecnie realizujemy projekt “ILRES – Wysokorozdzielcza litografia optyczna i elektronowa przy użyciu rezystów na bazie cieczy jonowych”, który także jest finansowany przez NCN w wysokości 1 351 320,00 zł.

Kluczowym celem projektu jest opracowanie nowatorskich rezystów o wysokiej rozdzielczości materiałowej i czułości do techniki litografii optycznej, drukowania laserowego i ultrawysokiej rozdzielczej litografii elektronowej. Nowa metoda będzie unikalną i nowatorską kombinacją materiału bezrozpuszczalnikowego (lub z niewielką ilością rozpuszczalnika) o wysokiej rozdzielczości oraz dostosowanych lub zmodyfikowanych, dobrze znanych technik (litografia wiązką elektronową i UV oraz druk laserowy). Zaproponowana w projekcie nowa litografia na cieczach jonowych (IL-litografia) o zmniejszonym wpływie na środowisko będzie oddziaływać na technologię zintegrowanej elektroniki i fotoniki. Zakładamy, że projekt ten będzie miał znaczący wkład w wysoko rozdzielcze i bardziej ekologiczne standardy technologiczne.

Biotechnologia

Oprócz badań nad kompozytami i fotoniką, naukowa działalność PPNT od wielu lat koncentruje się także na tematyce biotechnologicznej. W PPNT realizujemy projekt „Nietoksyczne mieszaniny eutektyczne jako alternatywne środowisko dla reakcji z udziałem enzymów i mikroorganizmów”, którego kierownikiem jest dr hab. inż. Marcin Śmiglak. Projekt ten finansowany jest przez Narodowe Centrum Nauki na kwotę ponad 900 000,00 zł.

Niniejszy projekt ma na celu sprawdzenie biokompatybilności nowego typu cieczy jonowych oraz pokazanie, jaka relacja wiąże aktywność enzymów w tak ekstremalnych warunkach, z przeżywalnością organizmów żywych odpowiedzialnych za ich produkcję. Zastosowanie cieczy jonowych jako rozpuszczalników może ułatwić oczyszczanie produktów i prowadzenie procesów produkcyjnych w trybie ciągłym, a także ograniczyć wytwarzanie odpadów. Wdrożenie tego typu technologii może zatem wpłynąć na zwiększenie dostępności szerokiej gamy produktów, takich jak leki, żywność i chemia gospodarstwa domowego, które są wytwarzane z zastosowaniem biokataliz, czyli reakcji chemicznych bądź biochemicznych zachodzących w żywych organizmach.

Biorąc pod uwagę zainteresowanie przemysłu tematyką cieczy jonowych, można oczekiwać, że wyniki prowadzonych przez nas badań będą użyteczne w dalszych projektach ukierunkowanych na rozwój komercyjnych technologii

Agrochemia

Ponadto, nasz Dział Badań Naukowych postanowił zająć się także bardzo ciekawym zagadnieniem dotyczącym odporności roślin, rozpoczynając projekt „Systemiczna odporność nabyta (Systemic Acquired Resistance, SAR) roślin przeciwko wirusom: nowe induktory oraz biologiczna i molekularna charakterystyka mechanizmów ich działania”, który realizujemy wraz z Instytutem Ochrony Roślin – Państwowym Instytutem Badawczym. Projekt jest finansowany przez NCN na kwotę 954 500,00 zł.

Rośliny, podobnie jak inne organizmy, są nieustannie narażone na różne czynniki chorobotwórcze. A jednak w naturze infekcja chorobowa roślin jest raczej wyjątkiem niż regułą. Jest tak dlatego, że rośliny wypracowały różne mechanizmy obronne, spośród których wyróżnić można m.in. systemiczną odpornością nabytą (Systemic acquried resistance, SAR).

Systemiczna odporność nabyta (Systemic acquried resistance, SAR) działa przeciwko szerokiemu zakresowi patogenów, jest trwała, może być przenoszona z pokolenia na pokolenie oraz jest indukowana nie tylko przez patogeny, ale także przez różne elicytory czyli substancje, które mają zdolność wzbudzania w roślinach odporności podobnej do tej indukowanej przez patogeny, imitując interakcje roślina-patogen.

Badania prowadzone w ramach projektu skupiają się właśnie na opracowaniu najefektywniejszych elicytorów SAR przeciwko wirusom i mogą dać podstawy oraz możliwości wykorzystania tego zjawiska jako ważnego elementu biologicznej ochrony roślin. Takie rozwiązanie będzie bardzo konkurencyjne względem środków ochrony roślin oraz roślin modyfikowanych genetycznie, wciąż nieakceptowanych przez większość konsumentów

Pozostając w tematyce agrochemicznej, możemy pochwalić się jeszcze jednym projektem. W ramach konsorcjum PPNT oraz firmy Innosil, zespół naukowy pod kierownictwem dr. hab. inż. Marcina Śmiglaka pracuje nad nową metodą walki z chorobami roślin! W programie TEAM TECH, Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, nasz projekt „Nowe induktory odporności roślin oraz ich zastosowanie jako innowacyjne podejście do ochrony roślin przed patogenami” otrzymał dofinansowanie w wysokości 4 048 855,00 zł. Co szczególnie warte podkreślenia, w ramach projektu współpracujemy z ponad 20. instytucjami w kraju i za granicą!

Celem niniejszego projektu jest wdrożenie na rynek bezpiecznego induktora odporności roślin. Wstępne analizy wykazały, że niektóre z badanych substancji stymulują rośliny i wzbudzają ich odporność przeciwko patogenom wirusowym, bakteryjnym i grzybiczym na poziomie przekraczającym 85%! Taka wszechstronność działania, równocześnie przeciwko wirusom, bakteriom i grzybom, jest czymś niespotykanym wśród obecnie komercyjnie dostępnych środków używanych do ochrony roślin. Na dodatek, nowy środek jest nie tylko ekologiczny, ale i ekonomiczny, ponieważ do stymulowania i wzbudzenia odporności roślin wystarczy użycie minimalnej ilości substancji czynnej.

PUBLIKACJE

W ramach badań, które prowadzimy w naszych projektach, powstaje bardzo dużo artykułów naukowych, które publikujemy w międzynarodowych czasopismach. Nasi Naukowcy dzielą się swoimi odkryciami na łamach branżowych tytułów o zasięgu globalnym, takich jak New Journal of Chemistry (należącym do brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa Chemicznego, The Royal Society of Chemistry), Catalysts (wydawanego przez Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)) czy Optical Materials (Elsevier).

BADANIA NAUKOWE DOKTORANTÓW

W laboratoriach Zespołu Syntez Materiałowych PPNT, oprócz badań projektowych, realizowane są również badania naukowe doktorantów Wydziału Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. To słuchacze Studium Doktoranckiego Uniwersytetu, ale jednocześnie nasi Naukowcy, którzy prowadząc swoje projekty doktoranckie, zdecydowali się aplikować o granty i realizować je w naszej jednostce naukowej. Otrzymując granty w konkursie PRELUDIUM, finansowane przez Narodowe Centrum Nauki, zdobyli na własne badania prawie 240 000,00 zł!