Naukowcy Politechniki Gdańskiej zdobyli miliony na badania | Politechnika Gdańska

Projekt realizowany jest w konsorcjum z grupą badawczą prof. dr hab. inż. Adriany Zaleskiej-Medynskiej z Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego (lider projektu).

Przedmiotem badań w projekcie OPUS jest zaprojektowanie nowych materiałów cienkowarstwowych z wykorzystaniem szkieletów metalo-organicznych (MOFs), które będą wykorzystywane zarówno do wychwytania cząsteczek gazów i sorpcji zanieczyszczeń z wody, jak i w reakcjach fotokatalitycznych (tj. zachodzących pod wpływem promieniowania z zakresu UV-Vis). Szkielety metalo-organiczne to relatywnie nowa klasa materiałów o uporządkowanej, porowatej strukturze, a za badania nad nimi w tym roku Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

W tym projekcie MOF-y będą wytwarzane w postaci bardzo cienkich warstw na powierzchni innych materiałów (np. przewodzących), a połączenie co najmniej dwóch różnych MOF-ów w strukturę sandwichową umożliwi łączenie funkcji sorpcyjnych i fotokatalitycznych tych materiałów lub wytworzenie materiałów pozwalających na prowadzenie reakcji fotokatalitycznych o wysokiej selektywności.

Zespół naukowców pracujących przy projekcie spodziewa się, że te materiały mogą zostać wykorzystane między innymi do efektywnego produkowania wodoru z wody i przy wykorzystaniu energii słonecznej czy do fotochemicznej transformacji odpadowego CO2 do użytecznych związków chemicznych.

Projekt dotyczy badań właściwości mechanicznych, w szczególności wytrzymałości, odporności na pękanie oraz trwałości zmęczeniowej, metamateriałów o zadanej strukturze, otrzymanych metodami przyrostowymi z proszku stopu tytanu Ti-6Al-4V, przeznaczonych na implanty. Uwzględniona zostanie, zależna od kierunku druku, anizotropia materiału.

Prowadzone będą badania doświadczalne (testy wytrzymałościowe i zmęczeniowe) oraz symulacje numeryczne (metodą elementów skończonych) odkształcania i pękania metamateriałów o klasycznej i zmodyfikowanej mezostrukturze, otrzymanych metodą Laser Powder Bed Fusion. Wykorzystane zostaną metamateriały o różnej porowatości i zmodyfikowanym kształcie węzłów struktury, pozwalającej na znaczące zwiększenie efektywnej wytrzymałości i sztywności bez istotnej zmiany jego gęstości względnej. W symulacjach numerycznych wykorzystana zostanie rzeczywista mezostruktura metamateriałów, wyznaczona za pomocą mikrotomografii komputerowej (wielkość woksela ok. 2 µm), pozwalająca na uwzględnienie w obliczeniach powstałych w procesie wytwarzania jej istotnych niedoskonałości i defektów (takich jak: mikropory, chropowatość powierzchni, mikrokarby, pocienienia).

Wyniki badań zaproponowanych w projekcie pozwolą na odpowiedni dobór efektywnych właściwości mechanicznych metamateriału (wytrzymałości, sztywności), zakładając jego względną gęstość (lub porowatość) oraz optymalny kształt węzłów struktury. Ma to szczególne znaczenie w przypadku zastosowania metamateriałów na implanty zastępujące kość. Zmniejszenie sztywności w stosunku do materiału litego powoduje mniejszą koncentrację naprężeń w miejscu kontaktu z kością, przy zachowaniu wystarczającej efektywnej wytrzymałości oraz odkształcalności. Ponadto odpowiedni dobór parametrów mezostruktury ma istotny wpływ na szybkie przerastanie tkanki kostnej w głąb porowatej struktury i znacznie lepszą współpracę pomiędzy implantem a kością, co skutkuje większą niezawodnością układu.

Memrystor to element elektroniczny zdolny do odwracalnego przełączania rezystancji w zależnosci od przyłożonego bodźca np. impulsu napięcia. Dzięki tej właściwości memrystor jest w stanie „zapamiętywać" i przechowywać informację. Główną zaletą memrystorów w stosunku do klasycznych metod realizacji pamięci jest bardzo niski koszt energetyczny. Co ciekawe, mechanizmy fizykochemiczne przełączania są często podobne do procesów uczenia się neuronów zwierzęcych.

Celem tego projektu jest wytworzenie memrystora nowego typu, w którym za przełączanie rezystancji będą odpowiadać równolegle dwa procesy fizykochemiczne. Pierwszy to proces elektrochemiczny na interfejsie elektroda-polimer, a drugi to zmiana przewodności jonowej wewnątrz polimeru na powierzchni elektrody. Oba te procesy występują jako komponenty neuroplastyczności rzeczywistych neuronów. Projekt bada możliwości wykorzystania tych procesów do konstrukcji niskoenergetyznych, nauromorficznych urządzeń pamięci.

Istotą zachowania zasady równości w miejscu pracy jest równy dostęp do stanowisk i uposażenia dla osób o zbliżonych kwalifikacjach, bez względu na ich płeć, wiek czy rasę.

W zakresie równowagi płci, z uwagi na utrwalony kulturowo patriarchat, istnieje wiele barier nie tyle formalnych, ile mentalnych, które utrudniają kobietom swobodny rozwój kariery zawodowej. Jest to szczególnie dotkliwe w obszarach nauk ścisłych. Obserwuje się, że choć coraz więcej kobiet kończy studia na kierunkach ścisłych, to niestety nie decydują się one równie licznie na podjęcie pracy zgodnej z ich wykształceniem. W związku z tym, projekt ten ma na celu identyfikację i pomiar wpływu czynników i doświadczeń zdobywanych przez młode kobiety w procesie studiowania kierunków STEM (ang. science, technology, engineering, and mathematics), które determinują ich późniejsze wybory ścieżek rozwoju zawodowego.

Niniejszy projekt skoncentrowany jest również na pokonywaniu barier związanych z utrwalonymi mentalnie modelowymi wzorcami ról zawodowych w obszarach nauk ścisłych. Tak jak np. utrwalonym wzorcem zawodowym osoby opiekującej się chorymi jest pielęgniarka (kobieta), dziećmi: przedszkolanka (kobieta), bułki piecze piekarz (mężczyzna), tak nauką, a szczególnie inżynieryjną, zwyczajowo zajmuje się mężczyzna. Taki wzorzec mentalny stanowi spore ograniczenie dla podejmowania przez kobiety zarówno kształcenia, jak i ścieżki zawodowej w obszarze nauk ścisłych.

Zasadniczo, obciążenie modelowych wzorców ról zawodowych atrybutem płci jest równie krzywdzące dla kobiet, jak i mężczyzn. Płeć nie jest determinantą potencjału intelektualnego, ani też zachowań ‘pro’ lub ‘anty’ inkluzywnych. Jest równie prawdopodobne spotkać kobietę wspierającą patriarchat, jak mężczyznę wspierającego inkluzywność. Dlatego projekt ten dotyka również kwestii wpływu „ról modelowych”, dla decyzji o wyborze ścieżek kariery przez kobiety w STEM.

Różnorodność płciowa w miejscu pracy pozytywnie wpływa na wydajność organizacji, innowacyjność i zrównoważony rozwój. STEM zatem potrzebuje większego zaangażowania kobiet. Dlatego identyfikacja kluczowych czynników determinujących aktywną obecność kobiet w STEM, jest ważna.

Podsumowując, projekt ma na celu identyfikację i pomiar wpływu czynników i doświadczeń nabywanych przez młode kobiety podczas studiowania kierunków STEM, które determinują ich późniejsze wybory ścieżek kariery. Doświadczenia „ról modelowych,’ mogą istotnie determinować te wybory, stąd są one również uwzględnione w projekcie.

Badanie tła motywacji kobiet do pozostania lub opuszczenia STEM po ukończeniu studiów ma kluczowe znaczenie dla poprawy wskaźnika kobiet wybierających rozwój kariery w tym sektorze.

Mając na uwadze fakt, iż różnorodność płciowa pozytywnie wpływa na wydajność organizacyjną, innowacyjność i zrównoważony rozwój, głębsze zrozumienie motywacji kobiet do pozostania lub opuszczenia STEM umożliwi wykorzystanie tej wiedzy na rzecz inkluzywności. Kluczowa korzyść społeczna płynąca z realizacji projektu, polega na długoterminowym wspieraniu synergii między mężczyznami i kobietami w STEM, wzmacnianiu ich indywidualnych, często związanych z płcią mocnych stron, dla rozwoju zbiorowej inteligencji danej organizacji STEM, a ostatecznie wsparcia rozwoju całego sektora STEM.

Celem badań jest opracowanie zaleceń dotyczących efektywnego wykorzystania skojarzonych źródeł energii oraz znacznego obniżenia zużycia energii w budynkach użyteczności publicznej i mieszkalnych. Zalecenia będą formowane dla nowych projektów budowlanych a także modernizacji poprzez zbadanie i optymalizację systemów technicznych budynków na potrzeby mieszkańców oraz wymogów zapotrzebowania energetycznego budynku. Opracowana zostanie metodologia określania optymalnego poziomu efektywności energetycznej budynków i doprowadzania go do niemal zerowego zużycia energii wraz z „referencyjnymi” modelami energetycznymi i środowiskowymi dla budynków publicznych i mieszkalnych oraz stworzenie modeli nawyków użytkowników budynku. Opracowane zostaną zalecenia dotyczące poprawy krajowych podejść do kryteriów dotyczących budynków o niemal zerowym zużyciu energii.

Dalsze skupienie na poprawianiu właściwości termoizolacyjnych przegród zewnętrznych nie przynosi już efektów, dlatego nacisk na zmniejszenie energochłonności chcemy osiągnąć poprzez wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Wspólna korelacja skojarzonych źródeł energii z zoptymalizowanymi i udoskonalonymi systemami technicznymi oraz trybem pracy budynku zwiększy efektywność. Komfort mieszkańców pozostaje jednym z głównych priorytetów. Specyfiką projektu jest uwzględnienie w modelu energetycznym użytkownika, trybów pracy oraz wskaźników komfortu, który jest zależny od stanu energetycznego budynku. Określenie ekonomicznej wykonalności zmniejszenia zużycia energii jest zapewniane przez integrację trybów pracy w dynamicznym środowisku modelowym: działanie różnych źródeł energii i systemów technicznych budynku, konstrukcja przegród budynku, środowisko zewnętrzne, aktywność i nawyki użytkowników budynku, subiektywne i obiektywne parametry komfortu.

Celem naukowym projektu jest uzyskanie szerokiej wiedzy na temat reakcji redukcji wywoływanych przez nowe typy redukcyjnych indywiduów rodnikowych (ang. Reductive Radical Species, RRS) oraz hydratowanych elektronów z związkami organicznymi w fazie wodnej. Badania te powinny dostarczyć licznych odkryć naukowych o dużym znaczeniu dla rozwoju zaawansowanych procesów chemicznego oczyszczania do degradacji zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ściekach.

Wysoce reaktywne indywidua chemiczne powodujące reakcje redukcji są w stanie zapewnić wysoką skuteczność degradacji związków organicznych, które są odporne na utlenianie, a opracowane procesy będą alternatywą dla szeroko badanych Zaawansowanych Procesów Utleniania (ang. Advanced Oxidation Processes, AOPs).

Wybrane prekursory RRSs oraz powstałe z nich RRS-y nie były dotychczas badane w Zaawansowane Procesach Redukcji (ang. Advanced Reduction Processes, ARP). Możliwość ich tworzenia w wyniku aktywacji wybranych substancji chemicznych będzie badana w warunkach fotolizy, katalizy, fotokatalizy oraz kawitacji.

Układy hybrydowe, obejmujące zaproponowane metody intensyfikacji procesów, mogą pozwolić na opracowanie całkowicie nowej strategii redukcyjnych procesów degradacji w zastosowaniach oczyszczania wody i ścieków.

Oczekuje się, że opublikowane wyniki będą miały istotny wpływ na rozwój dyscypliny, dostarczając solidnych podstaw do przyszłych badań. Projekt ujawni kluczowe mechanizmy związane z aktywacją nowych reduktorów, wprowadzi nowe typy RRSs oraz umożliwi optymalizację parametrów procesu w celu maksymalizacji jego wydajności. Umożliwi również identyfikację klas związków, które skutecznie ulegają transformacji w badanych warunkach. Wiedza ta otworzy drogę do dalszych badań, w szczególności, w zakresie opracowania rozwiązań w dziedzinie oczyszczaniu wody i ścieków.

Grant OPUS będzie realizowany we współpracy z Gdańskim Uniwersytetem Medycznym (lider projektu: prof. Wawrzyniec Lawrence Dobrucki) oraz z udziałem Beckman Institute for Advanced Science and Technology (USA). Projekt koncentruje się na problemie oporności na terapię hormonalną w zaawansowanym raku prostaty, która prowadzi do rozwoju agresywnej, opornej na leczenie postaci choroby.

Badania łączą nowoczesne obrazowanie molekularne PET/PET-CT, autorską sondę celowaną skierowaną przeciwko osi RAGE/AGE oraz analizy mikrośrodowiska guza. Szczególnym elementem projektu jest ocena wpływu diety bogatej i ubogiej w produkty glikacji (AGEs) na neuroendokrynną progresję nowotworu oraz skuteczność standardowych terapii. Uzyskane wyniki mogą przyczynić się do rozwoju spersonalizowanych strategii diagnostyczno-terapeutycznych oraz wzmocnić pozycję PG i GUMed jako ośrodków badań translacyjnych w onkologii.

Projekt stanowi kontynuację prac badawczych prowadzonych przez dr inż. Paweł Wityka w Beckman Institute of Advanced Science and Technology, realizowanych w ramach stypendium Bekker NAWA oraz programu ARGENTUM z programu inicjatywa doskonałości uczelnia badawcza Politechniki Gdańskiej.

Rozwój medycyny regeneracyjnej to szansa skuteczne terapie chorób i urazów uważanych dotychczas za nieuleczalne, ale rozumienie mechanizmów regeneracji nie jest wystarczające. Konsorcjum naukowe Politechniki Gdańskiej, Instytutu Genetyki Człowieka PAN z Poznania i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego podejmie badania nad rozszyfrowaniem molekularnych mechanizmów regeneracji aktywowanej przy pomocy leków epigenetycznych. W skład zespołu badawczego wchodzą kierownik projektu PHAREGEN prof. dr hab. inż. Paweł Sachadyn z Laboratorium Biotechnologii Regeneracyjnej PG, dr Szymon Hryhorowicz z Pracowni Multiomiki Przestrzennej IGCz, dr inż. Joanna Suszyńska-Zajczyk z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu i Pracowni Multiomiki Przestrzennej IGCz oraz prof. dr hab. Michał Pikuła z Pracowni Inżynierii Tkankowej i Medycyny Regeneracyjnej GUMed.

Obecnie medycyna regeneracyjna skupia się na próbach przeszczepiania przygotowanych w laboratorium komórek i tkanek. Możliwości regeneracyjne zależą jednak także od własnego potencjału regeneracyjnego organizmu. Pracujemy nad odkryciem leków, które mogą skutecznie i bezpiecznie aktywować procesy regeneracyjne. Materiał genetyczny zawiera pełną informację o rozwoju tkanek i organów, czyli swego rodzaju endogenny potencjał regeneracyjny. Jednak ta informacja wraz z rozwojem organizmu ulega wyciszeniu przy udziale mechanizmów epigenetycznych. Uważamy, że leki epigenetyczne mogą przejściowo odwrócić epigenetyczne zmiany rozwojowe i w ten sposób pobudzić regenerację.

W Laboratorium Biotechnologii Regeneracyjnej PG opracowaliśmy i opatentowaliśmy eksperymentalną epigenetyczną terapię regeneracyjną. Projekt PHAREGEN ma na celu zbadanie molekularnych mechanizmów indukowanej epigenetycznie regeneracji w modelach zwierzęcych i komórkowych, w tym roli unerwienia, kluczowych genów i szlaków regulacyjnych. Przestrzenna wizualizacja ekspresji genów w regenerujących się tkankach pozwoli na odkrywanie niezbadanych dotąd wymiarów procesu regeneracji. Identyfikacja kluczowych czynników w mechanizmie regeneracji posłuży do opracowania nowych leków i strategii medycyny regeneracyjnej.

Celem projektu SynOpEIS jest opracowanie nowej metody badań materiałów stosowanych w wysokotemperaturowych ogniwach i elektrolizerach tlenkowych. Projekt koncentruje się na jednoczesnym (operando) badaniu struktury atomowej materiałów elektrodowych oraz ich odpowiedzi elektrochemicznej w rzeczywistych warunkach pracy.

W ramach projektu rozwijana jest unikatowa platforma badawcza umożliwiająca równoczesne prowadzenie spektroskopii absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAFS) oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) w temperaturach przekraczających 600°C. Takie podejście pozwoli po raz pierwszy bezpośrednio powiązać zmiany strukturalne zachodzące na poziomie atomowym – m.in. stopnie utlenienia i lokalne otoczenie jonów aktywnych – z procesami elektrochemicznymi odpowiedzialnymi za wydajność i degradację elektrod tlenowych w tlenkowych ogniwach paliwowych i elektrolizerach.

Projekt ma istotne znaczenie dla rozwoju materiałów funkcjonalnych dla technologii wodorowych i energetyki przyszłości. Opracowane rozwiązania pomiarowe będą mogły być wykorzystywane również w badaniach innych systemów elektrochemicznych i katalitycznych, a sama platforma stanie się elementem nowoczesnej infrastruktury badawczej dostępnej dla eksperymentów synchrotronowych w kraju i za granicą.