10 naszych badaczy i badaczek znalazło się w gronie laureatów 25. edycji programu Opus prowadzonego przez Narodowe Centrum Nauki (NCN). Na swoje projekty uzyskali w sumie prawie 14,5 mln zł.

Opus to najpopularniejszy konkurs w ofercie Narodowego Centrum Nauki. Nie ma w nim ograniczeń co do zaawansowania kariery kierownika projektu, stopnia czy tytułu naukowego lub doświadczenia w prowadzeniu badań. Uczestnicy mogą składać wnioski obejmujące krajowe projekty badawcze, projekty z udziałem partnerów zagranicznych lub z wykorzystaniem przez polskie zespoły wielkich międzynarodowych urządzeń badawczych.

W sumie finansowanie przyznano 176 wnioskom spośród 2184 złożonych. Wskaźnik sukcesu w tej edycji konkursu Opus spadł w porównaniu do poprzednich edycji i wyniósł tylko 8,06%. Laureaci otrzymają łącznie ok. 301,6 mln zł.

W gronie wyróżnionych znalazło się 10 osób z Politechniki Wrocławskiej, którzy w sumie otrzymają wsparcie w wysokości ok. 14,5 mln. zł. Najwięcej nagrodzonych pochodzi z Wydziału Chemicznego – aż pięć, a po jednej reprezentuje Wydział Podstaowych Problemów Techniki, Wydział Informatyki i Telekomunikacji, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego, Wydział Matematyki oraz Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii.

Oto nasi laureaci i laureatki:

Dr inż. Daria Podstawczyk (Wydział Chemiczny)

2 039 280 zł na „Projektowanie, syntezę i modelowanie biomateriałów zawierających mikroalgi do współosiowego biodruku 3D żywych materiałów o zdolności uwalniania tlenu ”.

– Mój projekt zakłada zaprojektowanie biotuszów zawierających żywe mikroalgi do biodruku żywych materiałów 3D zdolnych do permanentnej produkcji tlenu – mówi dr Daria Podstawczyk. – Razem z zespołem planujemy projektować i wytwarzać rozgałęzione sieci hydrożelowe z unieruchomionymi mikroalgami jako nowy rodzaj „oddychających” projektowanych żywych materiałów (ang. engineered living materials, ELMs). Dzięki połączeniu aktywności żywych komórek i struktury nieożywionych matryc, nasze ELMs będą zdolne do wykrywania i reakcji na zmiany w środowisku.

Unikalne właściwości mikroalg do zmiany zachowania i fotosyntezy w odpowiedzi na światło zostaną wykorzystane do stworzenia specjalnie zaprojektowanego skafoldu, który w kontrolowany i ciągły sposób będzie produkował i uwalniał tlen. Współosiowy druk 3D umożliwi wytworzenie wewnątrz struktury 3D sieci kanałów wewnętrznych imitujących sieć naczyń w żywych tkankach. Ten system kanałów z kolei zostanie wykorzystany do prowadzenia dynamicznej hodowli ludzkich komórek śródbłonka żyły pępowinowej (HUVECs) w kontrolowanych warunkach tlenowych.

– Biodrukowane żywe materiały znajdą zastosowanie w wielu dziedzinach, w tym przydadzą się do wytwarzania struktur biomimetycznych (np. sztucznych liści), modeli tkanek i opatrunków na rany – wyjaśnia badaczka z W3. – Ponadto połączenie wytwarzających tlen ELM z biodrukowaniem 3D otworzy drogę do stworzenia innowacyjnej strategii leczenia hipoksji, czyli niedotlenienia organizmu.

Dr Natalia Małek-Chudzik (Wydział Chemiczny)

2 032 300 zł na „Zrozumienie udziału aktywacji immunoproteasomu w powstawaniu bólu neuropatycznego”.

Ból przewlekły, stan trwający nawet po zagojeniu tkanek, dotyka około 30% populacji, stanowiąc znaczne obciążenie społeczne i ekonomiczne.

– Dlatego projekt mojego zespołu skupi się na zrozumieniu neuroimmunologicznych mechanizmów bólu przewlekłego, z uwzględnieniem roli autoimmunologicznej odpowiedzi w układzie nerwowym – mówi dr Natalia Małek-Chudzik. – Wykorzystamy do tego celu obrazową cytometrię masową (Hyperion Imaging System), która oceni zmiany w aktywacji komórek odpornościowych i neuronalnych. Zidentyfikujemy też mechanizmy przekształcania się bólu z fazy ostrej do przewlekłej.

Wszystkie eksperymenty będą opierały się na zwierzęcym modelu bólu, umożliwiając monitorowanie zmian w różnych fazach choroby.

W drugiej części projektu zespół z W3 skupi się na ocenie odpowiedzi bólowej po zastosowaniu selektywnych inhibitorów immunoproteasomu (i20s), czyli kompleksu enzymatycznego, odgrywającego rolę w prezentacji antygenu i produkcji autoprzeciwciał. Testowane związki, selektywne w stosunku do podjednostek i20s, mogą potencjalnie zmniejszyć rozwój i utrzymanie bólu przewlekłego.

– Oczekujemy, że nasze badania dostarczą istotnych danych na temat interakcji neuronalno-immunologicznych w bólu przewlekłym i dostarczą podstaw do opracowania nowego podejścia terapeutycznego modyfikującego przebieg choroby – wyjaśnia badaczka. 

Dr hab. inż. Piotr Cyganowski, prof. uczelni (Wydział Chemiczny)

1 991 040 zł na „Moduły plazmowo-katalityczne jako narzędzie cyrkulacyjnej produkcji amin aromatycznych z zanieczyszczeń pochodzenia antropogenicznego”.

– O aminach aromatycznych rzadko się słyszy, mimo że związki te są kluczowe w produkcji m. in. środków ochrony roślin, barwników i leków – zauważa prof. Piotr Cyganowski. – Niestety, mimo ogromnego znaczenia dla współczesnego społeczeństwa, substancje te wykazują silne działanie mutagenne i rakotwórcze.

Skala problemu jest porażająca, ponieważ neutralizacja produktów zawierających aminy aromatyczne jest bardzo trudna, a stale zwiększające się zapotrzebowanie prowadzi do wprowadzania coraz większej ilości tych szkodliwych związków do środowiska.

Na szczęście, istnieje silna zachęta do zajęcia się tym problemem. – Obecnie mamy lukę technologiczną, która utrudnia syntezę amin aromatycznych o strukturach odpowiednich do produkcji m.in. leków przeciwzapalnych, antyretrowirusowych czy antybiotyków – tłumaczy laureat z W3. – W tym kontekście, w moim projekcie badawczym wykorzystana zostanie technologia druku 3D do opracowania i wytworzenia urządzenia modułowego, zdolnego do wychwytywania niebezpiecznych odpadów i produkowania z nich amin aromatycznych.

Tym sposobem opracowana technologia ograniczy wpływ amin aromatycznych na środowisko naturalne, zawracając je do cyklu produkcyjnego wysokowartościowych produktów chemicznych. Projekt będzie realizowany przez interdyscyplinarny zespół badawczy składający się z prof. Piotra Jamroza, prof. Anny Dzimitrowicz, prof. Joanny Wolskiej i prof. Doroty Jermakowicz-Bartkowiak z Politechniki Wrocławskiej oraz prof. Andrzeja Bernasika i dr. Mateusza Marca z Akademii Górniczo-Hutniczej im. S. Staszica w Krakowie.

Prof. Anna Witek-Krowiak (Wydział Chemiczny)

1 736 500 zł na „Projektowanie wszechstronnej i przyjaznej dla środowiska platformy włókien na bazie alginianu i ocena wpływu na środowisko glebowe”.

Badaczka z W3 w swoim projekcie zajmie się wytworzeniem i analizą działań matryc polimerowych zawierających mikroorganizmy wspierające wzrost roślin oraz składniki aktywne pochodzenia mikrobiologicznego (stymulatory wzrostu roślin, związki grzybobójcze).

– Matryce zostaną przygotowane w formie elektroprzędzionych włókien na bazie polimerów naturalnych – wyjaśnia prof. Anna Witek-Krowiak z Wydziału Chemicznego. – Immobilizowane składniki będą aplikowane bezpośrednio w miejscu wzrostu rośliny, w postaci włókien doglebowych czy jako okrywy nasion, co pozwoli na miejscowe ich dostarczanie, zwiększając skuteczność preparatu.

W kontekście realnej aplikacji w środowisku naturalnym konieczne jest poszukiwanie materiałów w pełni bezpiecznych (biodegradowalnych, nietoksycznych), które umożliwią efektywną immobilizację oraz spowolnione uwalnianie wybranych składników do środowiska. Takie właśnie rozwiązanie zaproponowała w swoim projekcie prof. Witek-Krowiak.

Przygotowane włókna będą ocenione pod kątem właściwości fizykochemicznych i poddane testom na roślinach, także w obecności patogenu roślinnego. – Wprowadzając nowy produkt do środowiska glebowego ważne jest sprawdzenie zmian spowodowanych jego obecnością, dlatego zaplanowaliśmy monitorowanie tempa biodegradacji i analizę środowiska glebowego podczas testów długoterminowych – opowiada laureatka. – Oczekujemy, że nasze matryce będą wykazywać działanie korzystne dla wzrostu roślin, ochronią je przed stresem biotycznym, będą przyjazne dla środowiska, co umożliwi ich zastosowanie w sektorze rolnictwa precyzyjnego.

Projekt ma charakter interdyscyplinarny i będzie realizowany przy współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.

Prof. Marcin Nyk (Wydział Chemiczny)

1 666 560 zł na „Inżynierię struktury oraz nieliniowe właściwości optyczne zaawansowanych nanomateriałów do zastosowań w dwu-fotonowym wykrywaniu jonów metali”.

Głównym celem projektu jest odkrycie nowych materiałów, procesów i zjawisk w nanoskali, jak również rozwój nowych doświadczalnych i teoretycznych technik badawczych. – Motywacją mojego zespołu do proponowanych badań jest gwałtowny rozwój przemysłu, który prowadzi do zanieczyszczenia środowiska gdzie kationy metali ciężkich, np. ołowiu, kadmu i rtęci stanowią poważne zagrożenie ekologiczne – wyjaśnia prof. Marcin Nyk. – W związku z tym precyzyjne wykrywanie i oznaczanie stężenia jonów w próbkach biologicznych i środowiskowych ma ogromne znaczenie.

Dlatego też jednym z przydatnych w tym celu narzędzi analitycznych będą czujniki optyczne oparte na nanomateriałach m.in. kropkach kwantowych, które będą zmieniać swoją barwę lub intensywność fluorescencji w obecności określonego jonu. Zaproponowane do pomiaru jonów metali nieliniowe efekty optyczne i techniki badawcze będą przez zespół prof. Nyka badane przy użyciu wzmacnianych i przestrajalnych w szerokim zakresie spektralnym laserów femtosekundowych.

– Takie podejście pozwoli nam znaleźć optymalny obszar promieniowania optycznego, gdzie absorpcja dwóch fotonów może wystąpić z większym prawdopodobieństwem. Dotychczas takie kompleksowe badania podstawowe nie były prowadzone na szeroką skalę – dodaje badacz z W3..

Prof. D. Robert Iskander (Wydział Podstawowych Problemów Techniki)

1 495 476 zł na „Całościową densytometrię oka w celu zrozumienia epidemii krótkowzroczności”.

Częstość występowania krótkowzroczności wzrasta na całym świecie. Pięć lat temu przewidywano, że do 2050 r. połowa światowej populacji będzie miała krótkowzroczność. Niedawno World Health Organization (WHO) skorygowała te szacunki do 2040 r. Geneza krótkowzroczności i jej rozwój są nierozerwalnie związane z pracą w bliży. Zadania wzrokowe związane z pracą w bliży są uważane za główny czynnik przyczyniający się do rozwoju krótkowzroczności.

W ostatnim czasie obserwuje się wzmożone zainteresowanie ustaleniem, w jaki sposób korzystanie z urządzeń cyfrowych wpływa na rozwój krótkowzroczności. – Badając krótkowzroczność można zidentyfikować grupę osób, które są na nią „odporne”, pomimo posiadania genetycznych predyspozycji i które, podobnie jak inni krótkowzroczni, wykonują dużo pracy w bliży i spędzają mało czasu na świeżym powietrzu – mówi prof. D. Robert Iskander.

Jakie są więc szczególne cechy optyczne i anatomiczne „odpornego” ludzkiego oka, które pomimo zwiększonej ilości pracy w bliży, w tym korzystania z inteligentnych urządzeń, nie rozwija krótkowzroczności? – Obecnie nie ma odpowiedzi na to pytanie. Większość parametrów oka w badaniach krótkowzroczności można zbiorczo opisać jako parametry MAKRO, bo dotyczą głównie geometrii oka – wyjaśnia nasz naukowiec z W11. – Mniej wiadomo o tym, czym różnią się oczy na poziomie mikroskopowym, ale takie MIKRO-parametry są trudne do oceny in-vivo.

Ostatnie postępy w analizie statystycznej szumu plamkowego w obrazach optycznej koherentnej tomografii (OCT), zwanej także densytometrią OCT, pokazują potencjał tej technologii do pośredniej oceny mikrostruktury oka poprzez traktowanie szumu plamkowego jako źródła informacji.

– Głównym celem moich badań będzie opracowanie metodyki całościowej densytometrii OCT oka – opowiada prof. Iskander. –Dzięki niej przewiduje się udzielenie odpowiedzi na problem krótkowzroczności poprzez zbadanie młodych dorosłych emmetropów z genetyczną predyspozycją do krótkowzroczności, spędzających dużo czasu w pracy w bliży i nie wykazujących czynnego zainteresowania sportem.

Prof. Łukasz Sadowski (Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego)

1 330 542 zł na „Zrozumienie samoczułego zachowania kompozytów cementowych z dodatkiem grafenu domieszkowanego azotem i katalizatora z odpadów rafineryjnych (SENSOR)”.

Istotną wartością dla inteligentnych miast i społeczeństw jest to, aby budowane w nich konstrukcje, szczególnie te monumentalne i o dużym znaczeniu, były bezpieczne. Dlatego powinny one podlegać monitoringowi strukturalnemu.

– Zazwyczaj służą temu czujniki zewnętrzne zamontowane w newralgicznych miejscach takich konstrukcji – mówi prof. Łukasz Sadowski. – Alternatywą do tych czujników jest zastosowanie betonu, który jest w stanie się sam na bieżąco monitorować.

Konwencjonalne czujniki są dosyć niepewne, bo mogą nie „wyczuć” aktualnego stanu konstrukcji w miejscu gdzie nie zostały zamontowane, podczas gdy samo-monitorujący się materiał równomiernie rozprowadzony w masie betonu będzie w stanie monitorować na bieżąco każdy nawet najmniejszy fragment konstrukcji. Tym samym beton będzie ma szansę być nie tylko materiałem konstrukcyjnym, ale również trwałym i niedrogim sensorem.

– Beton może służyć jako czujnik do ciągłego samo-monitorowania się konstrukcji, pod warunkiem, że zostanie zaprojektowany z użyciem starannie wyselekcjonowanych materiałów o odpowiednich właściwościach elektrycznych – opowiada badacz z W2. – W naszym projekcie do tego celu wykorzystamy przede wszystkim nowoczesny nanomateriał, jakim jest grafen domieszkowany azotem w synergii z metalicznym materiałem odpadowym z przemysłu rafineryjnego.

Zdaniem laureata propozycja ta zręcznie łączy dwie znaczące globalne dziedziny badań dla nowoczesnych i inteligentnych miast, czyli technologię inteligentnych konstrukcji i zrównoważone wykorzystanie odpadów.

Interdyscyplinarny projekt, który będzie realizowany we współpracy z Uniwersytetem Technicznym w Darmstadt, przewiduje również kompleksową ocenę cyklu życia opracowanego materiału i ocenę jego wpływu na środowisko z uwzględnieniem śladu węglowego.

Dr hab. inż. Wojciech Milczarek, prof. uczelni (Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii)

1 096 780 zł na „SAFED-POL Satelitarną interferometrię radarową dla subregionalnej analizy fluktuacji deformacji pogórniczych w Polsce”.

Pogórnicze deformacje powierzchni terenu są jednym z kluczowych zagrożeń antropogenicznych zarówno w Polsce, jak i całej Europie. –Obecnie jesteśmy w trakcie transformacji energetycznej, co prowadzi do zamykania kopalń na dużą skalę – mówi prof. Wojciech Milczarek. – Co istotne, tereny pogórnicze są zlokalizowane głównie na terenach silnie zurbanizowanych.

Głównym celem projektu naszego naukowca z W6 jest opracowanie czasowo-przestrzennego systemu monitorowania resztkowych przemieszczeń powierzchni terenu na obszarach zakończonej eksploatacji górniczej.

Ten cel zamierza osiągnąć w trzech krokach. Po pierwsze przez wykrycie wzorców i trendów przemieszczeń powierzchni terenu w szeregach czasowych Satelitarnej Interferometrii Radarowej (ang. Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR).

Po drugie poprzez określenie współczynnika zanikanie deformacji na terenach pogórniczych – w funkcji czasu i na podstawie szeregów czasowych InSAR.

 – Finalnie zostanie przeprowadzona analiza procesów zachodzących w górotworze w wyniku odbudowy zwierciadła wód podziemnych w oparciu o analizę numeryczną  – wyjaśnia prof. Milczarek.  – Wyniki badań dostarczą nowej wiedzy w zakresie ochrony terenów pogórniczych i mechaniki górotworu. Opracowane scenariusze przyczynią się do poprawy bezpieczeństwa i zmniejszenia ryzyka wystąpienia deformacji powierzchni terenu.

W trakcie realizacji projektu regularnie będą dostarczane szeregi czasowe przemieszczeń powierzchni terenu i ich klasyfikacja, z uwagi na źródło, w skali całego kraju.  – Informacje o ruchach powierzchni terenu mogą być istotnym czynnikiem m.in. w badaniach zjawisk naturalnych związanych z czynnikami i procesami endogenicznymi, wpływem człowieka na powierzchnię terenu terenu i monitoringiem zagrożeń środowiskowych  – wylicza naukowiec z W6.  – Wyniki dostępne dla szerszego grona odbiorców umożliwią prowadzenie dalszych, ukierunkowanych badań.

Dr inż. Małgorzata Sulkowska (Wydział Informatyki i Telekomunikacji)

796 800 zł na „Nowoczesne narzędzia analizy sieci złożonych”

W dzisiejszych czasach pracownicy przedsiębiorstw różnych branż mierzą się z przetwarzaniem ogromnych ilości danych. Często są to dane, które naturalnie formują sieć, np. duże zbiory danych pochodzące z sieci społecznościowych (takich jak Facebook, czy Twitter), sieci biologicznych (np. sieci połączeń białkowych, czy połączeń neuronów w mózgu), sieci telekomunikacyjnych, sieci energetycznych, sieci transportowych (np. połączeń lotniczych), itp.

– Duża objętość danych oraz ich dynamiczna natura stanowią ogromne wyzwanie zarówno dla analityków, jak i algorytmików - mówi dr Małgorzata Sulkowska. – Zgromadzenie takich danych na jednym nośniku i poddanie ich statycznej analizie jest często niemożliwe. Podobnie jak niemożliwym jest tu zastosowanie standardowych algorytmów, które wymagają wykorzystania całkowitej wiedzy na temat badanej sieci.

W ramach projektu, który dr Sulkowska poprowadzi we współpracy z kolegami z Katedry Podstaw Informatyki na Wydziale Informatyki i Telekomunikacji: dr. inż. Jakubem Lemieszem oraz dr. inż. Zbigniewem Gołębiewskim, skonstruowane zostaną nowe i rozwinięte istniejące niestandardowe narzędzia pracy z dużymi sieciami danych rzeczywistych.

– Trafnie skonstruowane modele matematyczne pozwolą lepiej zrozumieć zjawiska zachodzące w otaczających nas systemach, a także dobrze przewidywać ich przyszłe zachowania – wyjaśnia badaczka z W4. – Metody precyzyjnie szacujące wybrane parametry danych dadzą możliwość ulepszania systemów rekomendacyjnych, skuteczniejszego filtrowania spamu, czy wykrywania funkcjonujących w sieciach uciążliwych botów oraz oszustów.

Prof. Michał Ryznar (Wydział Matematyki)

425 200 zł na „Nielokalne, anizotropowe równania eliptyczne”

Teoria eliptycznych równań różniczkowych cząstkowych jest bogatą i dobrze poznaną teorią matematyczną mającą wiele zastosowań np. w elektrostatyce, mechanice ośrodków ciągłych, hydrodynamice, teorii dyfuzji, teorii optymalnego transportu, optyce geometrycznej czy nierównowagowej fizyce statystycznej.

W ciągu ostatnich 25 lat nielokalne równania dla ułamkowego laplasjanu i innych nielokalnych operatorów były intensywnie badane przez probabilistów i matematyków zajmujących się równaniami różniczkowymi. – Teoria równań nielokalnych ma liczne zastosowania, np. w mechanice kwantowej, rozpoznawaniu obrazów, mechanice statystycznej, meteorologii i finansach – wyjaśnia prof. Michał Ryznar. – Ostatnio dużym zainteresowaniem cieszą się nielokalne, anizotropowe operatory eliptyczne pojawiające się w naturalny sposób jako generatory rozwiązań stochastycznych równań różniczkowych z szumem będącym skokowym procesem stochastycznym Lévy'ego w R d z niezależnymi składowymi.

Celem projektu prowadzonego przez prof. Ryznara jest zbadanie istnienia jednoznaczności i własności rozwiązań dla zagadnień brzegowych dla nielokalnych anizotropowych równań eliptycznych na obszarach w R d. – W szczególności interesują nas oszacowania rozwiązań powyższych zagadnień brzegowych, oraz oszacowania pochodnych tych rozwiązań – wyjaśnia badacz z W13. – Planujemy zbadać jądra ciepła Dirichleta, funkcje Greena i jądra Poissona dla nielokalnych anizotropowych operatorów eliptycznych na różnych obszarach w R d. Zamierzamy również badać równanie Schrödingera oparte na pewnym relatywistycznym hamiltonianie pojawiającym się w książce Lieba i Seiringera ”The stability of matter in quantum mechanics”.

Dalekosiężnym zamierzeniem grupy prof. Ryznara jest przyczynienie się do zbudowania teorii nielokalnych równań eliptycznych podobnej do klasycznej teorii eliptycznych równań różniczkowych.