Blisko 18 mln zł otrzymają na swoje badania naukowcy z PWr w ramach programu Opus Narodowego Centrum Nauki (NCN). Granty trafią do dziesięciu osób z pięciu wydziałów, w tym do absolwenta Szkoły Doktorskiej PWr.

Konkurs Opus skierowany jest do naukowców posiadający w swoim dorobku co najmniej jedną (opublikowaną lub przyjętą do druku) pracę naukową, bez ograniczeń ze względu na doświadczenie w prowadzeniu badań oraz niezależnie od posiadanego stopnia czy tytułu naukowego. Wnioski mogą obejmować krajowe projekty badawcze, projekty z udziałem partnerów zagranicznych lub z wykorzystaniem przez polskie zespoły międzynarodowych urządzeń badawczych.

W sumie do NCN wpłynęło 1 737 wniosków na łączną kwotę prawie 2,6 mld zł, z których finansowanie otrzymało 267 projektów o wartości niemal 441 milionów złotych. 127 spośród wniosków zakwalifikowanych do finansowania w tym konkursie to projekty z list rezerwowych, które zostaną zrealizowane dzięki zwiększeniu budżetu NCN.

Granty na PWr otrzymali:

Dr Hans Arvid Ågren (Wydział Chemiczny)

Szwedzki naukowiec, emerytowany profesor Królewskiego Instytutu Technologicznego w Sztokholmie, przyjedzie na Politechnikę Wrocławską jesienią 2024 r., aby na Wydziale Chemicznym realizować projekt „Absorpcja trójfotonowa organicznych barwników fluorescencyjnych”. Na swoje badania otrzymał grant w wysokości niemal 4 mln zł. Współpracownikami dr. Ågrena będą profesorowie uczelni: Joanna Olesiak-Bańska, Rafał Wysokiński oraz Robert Zaleśny.   

Opis oddziaływań pomiędzy materią a promieniowaniem elektromagnetycznym, szczególnie w przypadku jego dużej intensywności, jest obecnie przedmiotem aktywnych badań. Absorpcja wielofotonowa jest jednym z szerokiej palety nieliniowych procesów optycznych i przyciąga znaczącą uwagę ze względu na ogromny potencjał aplikacyjny w inżynierii materiałowej, przechowywaniu informacji czy biomikroskopii.

Głównym celem projektu są systematyczne analizy strategii optymalizacji wydajności procesu dwu- i trójfotonowej absorpcji. Mając na uwadze zastosowania procesu absorpcji trójfotonowej w bioobrazowaniu, projektowanie trójfotonowych absorberów powinno uwzględniać wymagania takie jak inna długość fali absorbowanego promieniowania aniżeli dla procesów dwufotonowych czy wydajność kwantowa fluorescencji. Holistyczna analiza wszystkich wymienionych aspektów będzie przedmiotem badań w projekcie.

Efektem realizacji projektu będzie m.in. porównanie aktywności dwu- i trójfotonowej – w identycznych warunkach doświadczalnych – nowych sond fluorescencyjnych i interpretacja uzyskanych rezultatów za pomocą teorii opisu struktury elektronowej, co pozwoli na stworzenie wiarygodnych reguł dla przyszłego racjonalnego projektowania nowych wielofotonowych absorberów. Badania zostaną przeprowadzone dla nowych sond fluorescencyjnych należących do rodziny kompleksów organoborowych.

Dr hab. inż. Agnieszka Saeid, prof. uczelni (Wydział Chemiczny)

Badaczce z Katedry Inżynierii i Technologii Procesów Chemicznych przyznano dofinansowanie w wysokości ponad 2,6 mln zł na projekt „Nanocząstki selenu - mechanizm produkcji mikrobiologicznej, opracowanie formulacji użytkowych i ocena ich wpływu na wzrost i fizjologię roślin”.

– Intensywna eksploatacja zasobów glebowych w rolnictwie, połączona z niewłaściwym nawożeniem, stwarza poważne ryzyko niedoborów składników pokarmowych, w tym selenu, w środowisku glebowym. Może to prowadzić do niedoboru selenu w produktach rolnych, co może skutkować „cichym głodem” – wyjaśnia prof. Agnieszka Saeid. – Znając znaczenie i rolę prawidłowego odżywiania w systemie glebowym, należy poszukiwać nowych, skutecznych sposobów wprowadzenia selenu do środowiska glebowego, oceniając ich efektywność i bezpieczeństwo – dodaje.

Nanonawozy stają się więc obiecującą alternatywą dla nawozów zrównoważonych, ponieważ wykazano, że wspomagają powolne uwalnianie składników odżywczych, zwiększają efektywność wykorzystania składników odżywczych i zwiększają tolerancję na stres abiotyczny.

– O pozytywnym wpływie nanocząstek w suplementacji roślin wiemy już dużo. Potrzebnych jest jednak więcej informacji na temat stosowanych preparatów oraz w jakiej formie nanocząstki należy wprowadzić do układu gleba-roślina – podkreśla badaczka z W3.

Głównym celem badań jest zrozumienie, w jaki sposób mikroorganizmy tworzą nanocząstki (NP) selenu, aby opracować najskuteczniejszą metodę ich wytwarzania i formuł użytkowych. W ramach projektu naukowcy chcą m.in. opracować kompleksową bazę danych mikroorganizmów zdolnych do bioredukcji związków selenu (Se), produkować SeNP z dużą wydajnością oraz opracować preparaty nawozowe z SeNP, które skutecznie dostarczają Se do systemu gleba-roślina, zapewniając jednocześnie ich bezpieczne stosowanie.

Badania będą prowadzone we współpracy z prof. Vasileiosem Fotopoulosem z Cyprus University of Technology.

Prof. Anna Trusek (Wydział Chemiczny)

Naszej badaczce przyznano grant w wysokości ponad 2 mln zł na realizację projektu „Projektowanie i charakterystyka materiałów uszczelniających obturator protetyczny będących dodatkowo rezerwuarem leku cytostatycznego. Modelowanie CFD uwalniania leku w części podniebiennej”.

Rak podniebienia jest rakiem o wysokim stopniu złośliwości – szybko nacieka okoliczne tkanki, a śmiertelność przy zaawansowanej zmianie wynosi w przeciągu pięciu lat ponad 70%. Radykalna resekcja dużych guzów podniebienia wymaga usunięcia części szczęki z wyrostkiem zębodołowym, w efekcie operacji dochodzi do otwarcia jamy nosowej, co w konsekwencji powoduje zaburzenia mowy i zarzucanie treści pokarmowej do jam nosa. W takim przypadku pacjenci wyposażani są w obturator – wypustkę z płyty protezy zamykającą otwór komunikacyjny.

– Z uwagi na liczne nacieki zabieg chirurgiczny zwykle jest niewystarczający do wyleczenia nowotworów jamy ustnej. Najczęściej wspomagająco stosowana jest radioterapia, rzadziej z uwagi na efekt wyniszczający cały organizm, chemioterapia. Możliwość lokalnej terapii cytostatykami daje możliwość zastosowania efektywnego leczenia z ograniczeniem efektów ubocznych – wyjaśnia prof. Anna Trusek. – Podstawą współczesnej chemioterapii jest kojarzenie kilku cytostatyków należących do różnych klas. Możemy opracować lokalnie stosowany nośnik leków cytostatycznych, których współdziałanie da pozytywny efekt kliniczny. Uwalnianie leków z nośnika powinno zachodzić w relatywnie długim czasie (kilka tygodni), stąd nośnik musi być wystarczającym na czas terapii rezerwuarem masy leków – dodaje.

W projekcie zaproponowano opracowanie nośnika leków cytostatycznych będącego równocześnie uszczelnieniem dla obturatora. Modelowymi lekami cytostatycznymi będzie: 5-fluorouracyl oraz doksorubicyna. Materiałem uszczelniającym stosowanym obecnie w protetyce onkologicznej jest żel na bazie polisiloksanu, a jego ewentualna modyfikacja podyktowana będzie mogła być zwiększeniem współczynników dyfuzji cząsteczek leku.

Lek do nośnika wprowadzony będzie w postaci roztworu, w postaci sypkiej oraz po zaadsorbowaniu na wybranym sorbencie. Dodatkowo załadunek sorbentu lekiem będzie mógł być zwiększony poprzez rozpuszczenie leku w CO2 w stanie nadkrytycznym. Jako sorbent w projekcie rozpatrzony zostanie płatkowy tlenek grafenu, oporna (bogata w amylozę) skrobia, montmorylonit (glinokrzemian) oraz mezoporowata krzemionka.

– Wybór podawanej postaci leku podyktowany będzie zdolnością (szybkością) jego uwalniania z nośnika, możliwością załadunku nośnika lekiem oraz odporność mechaniczna struktury będącej obok rezerwuaru leku uszczelnieniem obturatora. Struktura siloksanowa o kształcie docelowo dopasowanym do obturatora a zbliżonym do pierścienia wraz z dobraną formą leku zostanie wydrukowana na drukarce 3D – tłumaczy prof. Anna Trusek.

Prof. Zbigniew Gronostajski (Wydział Mechaniczny)

Nasz naukowiec otrzymał grant w wysokości niemal 2 mln zł na projekt „Wpływ złożonej drogi odkształcania na mikrostrukturę, mechanizmy odkształcenia oraz właściwości mechaniczne stali TWIP”.

Obecnie producenci samochodów pozostają pod ciągłą presją ze względu na rosnące wymagania dotyczące zarówno bezpieczeństwa, jak i zużycia paliwa. Wymusza to poszukiwanie nowych rozwiązań, które umożliwią osiągnięcie tych celów.

– Jednym z głównych kierunków jest zastosowanie nowoczesnych materiałów, wśród których jednymi z najważniejszych są wysokowytrzymałe stale AHSS. Stosowane są one w przemyśle motoryzacyjnym na elementy karoserii odpowiedzialne za trwałość i energochłonność nadwozia, co pozwala na zmniejszenie masy pojazdu – wyjaśnia prof. Zbigniew Gronostajski. – Wyjątkową grupą stali AHSS są stale austenityczne TWIP, które charakteryzują się bardzo dobrą kombinacją plastyczności i wytrzymałości, dzięki podstawowemu mechanizmowi odkształcenia, jakim jest bliźniakowanie – dodaje.

Głównym celem projektu jest określenie wpływu złożonej drogi odkształcenia na mikrostrukturę, dominujące mechanizmy odkształcenia oraz właściwości mechaniczne stali TWIP.

– Mechanizmy odkształcenia w stalach TWIP są dość dobrze poznane w próbach monotonicznych, takich jak rozciąganie i ściskanie. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, pomimo licznych badań przeprowadzonych na stalach TWIP, w żadnym nie podjęto próby określenie, w jaki sposób zmiana drogi odkształcenia, np. jednoczesne skręcania lub cykliczne skręcanie z rozciągniemy lub ściskaniem, wpływa na główne mechanizmy odkształcenia i właściwości mechaniczne tych stali – tłumaczy naukowiec.

Projekt jest efektem współpracy naszych naukowców dr hab. inż. Magdaleną Jabłońską z Politechniki Śląskiej.

Dr inż. Aleksandra Królicka (Wydział Mechaniczny)

Otrzymała grant w wysokości niemal 2 mln zł na realizację projektu „Umocnienie wydzieleniowe w nanokrystalicznych stalach bainitycznych z uwzględnieniem technologii addytywnych (INSTaBAIN)”.

Celem badań jest opracowanie nowatorskich gatunków stali o nanokrystalicznej strukturze bainitycznej, które pod wpływem oddziaływania podwyższonej temperatury będą podatne do umocnienia fazami międzymetalicznymi. W koncepcji projektowej wykorzystano mechanizmy umocniania zachodzące zarówno w stalach typu maraging oraz w bezwęglikowych stalach bainitycznych.

– Zakres projektu obejmuje proces projektowania składu chemicznego, analizę kinetyki przemian fazowych, zaawansowaną charakteryzację mikrostruktury oraz walidację właściwości mechanicznych. Oprócz konwencjonalnych metod wytwarzania stali zaproponowano również procesy wytwarzania przyrostowego metodą LPBF (laserowa mikrometalurgia proszków) – wyjaśnia dr inż. Aleksandra Królicka.

Badania będą prowadzone we współpracy międzynarodowej ze specjalistami w zakresie metalurgii i badań materiałów – CENIM-CSIC (Hiszpania, Madryt).

W zakresie projektu zostaną wykorzystane zaawansowane techniki badań materiałów, takie jak dynamiczna transmisyjna mikroskopia elektronowa (procesy grzania i chłodzenia, kontrolowane odkształcenie) oraz APT (Atom Probe Tomography). Nadrzędnym efektem projektu będzie opracowanie kompletnej strategii projektowania nowej klasy materiałów oraz poszerzenie wiedzy na temat zjawisk zachodzących w stalach o złożonej budowie strukturalnej. 

Dr hab. inż. Izabela Pawlaczyk-Graja, prof. uczelni (Wydział Chemiczny)

Badaczka z Katedry Inżynierii i Technologii Procesów Chemicznych na projekt „Procesy otrzymywania polianionów cukrowych z rodzimych odpadów rolniczych, włączające ekstrakcję wspomaganą ogrzewaniem Omowym w bezpiecznych środowiskowo rozpuszczalnikach” otrzymała grant w wysokości prawie 2 mln zł.

Dotychczas ogrzewanie Omowe było szeroko stosowane jedynie w przetwarzaniu żywności, w tym w zatężaniu, blanszowaniu, rozmrażaniu, ekstrakcji wodą i pasteryzacji.

– Dlatego projekt mojego zespołu skupia się na połączeniu ogrzewania Omowego jako technologicznego procesu jednostkowego z wciąż niedostatecznie poznanym zastosowaniem naturalnych głęboko eutektycznych rozpuszczalników (ang. natural deep eutectic solvents, NADES), co umożliwi zbadanie synergii procesu ogrzewania Omowego i ekstrakcji w środowisku NADES, w celu otrzymania wysokowartościowych chemikaliów specjalistycznych, czyli tzw. fine chemicals – mówi prof. Izabela Pawlaczyk-Graja.

Zaznacza również, że prace badawcze wypełnią lukę technologiczną, ponieważ określony zostanie wpływ parametrów opracowanego przez naszych naukowców unikatowego ciągu procesowego na możliwość uzyskania polianionów cukrowych o zadanych cechach użytkowych, które otrzymywać będziemy z wybranych popularnych pozostałości rodzimego przemysłu rolno-spożywczego.

– W Polsce i nie tylko odpady te wciąż są niestety zbyt słabo zagospodarowane, a posiadają wysoki potencjał do otrzymywania nowych produktów. Co więcej, producenci anionowych polisacharydów w większości skupiają się na uzyskiwaniu ich z surowców odpadowych takich jak owoce tropikalne, zwykle na drodze czaso- i energochłonnych technologii, w warunkach agresywnych, nieprzyjaznych środowisku. Nasz pomysł połączenia ogrzewania Omowego z ekstrakcją polianionów cukrowych w NADES jest nowatorski na skalę światową – podkreśla prof. Izabela Pawlaczyk-Graja.

W drugim etapie projektu wraz z dr inż. Martą Tsirigotis-Maniecką nasza badaczka planuje szeroko zakrojone prace nad charakterystyką fizykochemiczną wybranych oczyszczonych polielektrolitów, z uwagi na to, że w przyszłości mogą one stać się komponentami produktów spożywczych, w tym też tych specjalnego przeznaczenia oraz formulacji farmaceutycznych.

– Najbardziej obiecujące otrzymane przez nas produkty, zarówno w czystej formie jak i jako materiały budulcowe stałych, półstałych i ciekłych układów nośnikowych zbadamy w 4-etapowym modelu środowiska przewodu pokarmowego człowieka – zaznacza prof. Izabela Pawlaczyk-Graja.

Badacze z W3 oczekują, że wypracowana przez nich nowa wiedza znacznie usprawni w przyszłości procesy ekstrakcji tego typu produktów, a przede wszystkim będzie skutecznie promować stosowanie czystych, zrównoważonych metod ekstrakcji chemikaliów specjalistycznych o wysokiej wartości rynkowej.

Projekt zakłada współpracę naukową z University of Chemistry and Technology w Pradze (Czechy), z Institute of Chemistry, w Słowackiej Akademii Nauk w Bratysławie oraz z Institute of Organic Chemistry with Centre of Phytochemistry, w Bułgarskiej Akademii Nauk.

Dr hab. inż. Grzegorz Lesiuk, prof. uczelni (Wydział Mechaniczny)

Naukowiec z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej otrzymał grant w wysokości ponad 1,6 mln zł na projekt „MultiALoy - Wieloskalowe modelowanie i probabilistyczna ocena wieloosiowego zmęczenia stopu A6061-RAM2 wytwarzanego technikami przyrostowymi”.

Dynamiczny rozwój nowoczesnych technik przyrostowych (AM) otwiera nowe horyzonty produkcyjne, znacząco wpływając na wiele branż przemysłowych. Dzięki wyjątkowym zaletom, technologie AM stają się coraz bardziej interesującą alternatywą dla konwencjonalnych metod produkcji.

Techniki przyrostowe oferują niemal nieograniczoną swobodę w zakresie kształtowania geometrii wyrobów a także domieszkowania i tworzenia nowych stopów, co znacząco wpływa na ich różnorodne zastosowanie. Możliwość precyzyjnego dostosowywania składu materiałów pozwala na produkcję wyrobów o unikalnych właściwościach, co niejednokrotnie przewyższa tradycyjne metody wytwarzania.

Głównym przedmiotem projektu oraz zainteresowaniem zespołu badawczego pracującego pod kierownictwem prof. Grzegorza Lesiuka jest stop A6061- RAM2.

– To stop aluminium, który cechuje się doskonałą wytrzymałością i plastycznością, spełniając wymagania nawet najbardziej wymagających odbiorców, takich jak branża lotnicza czy zespoły Formuły 1. Zatem projekt ma dwa wyraźne wątki,  technologiczny, których pracami w ramach jednego z zadań badawczych kierować będzie dr hab. inż. Patrycja Szymczyk-Ziółkowska, prof. uczelni i wątek główny, mechaniczny pozwalający na dokładne zrozumienie zachowania przetwarzanego przyrostowo materiału pod względem właściwości mechanicznych, wytrzymałościowych i zmęczeniowych realizowanego w ramach prac zespołu wytrzymałości materiałów funkcjonującego w Katedrze Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej – wyjaśnia prof. Grzegorz Lesiuk.

Projekt zakłada szereg eksperymentów potwierdzających przydatność badanego stopu A6061-RAM2 m.in. w motoryzacji, lotnictwie czy obronności. Nowe, wieloskalowe modele zmęczeniowe zostaną opracowane z wykorzystaniem zaawansowanych narzędzi obliczeniowych oraz autorskich modeli opracowanych przez zespół.

Ponadto, zaplanowane w ramach projektu badania ostatecznie odpowiedzą na pytanie, czy wykorzystanie addytywnie wytwarzanego stopu A6061-RAM2 znajdzie w przyszłości zastosowanie we współczesnych gałęziach przemysłu umożliwiających wytwarzanie skomplikowanych geometrycznie części poddanych wysokim obciążeniom.

Dr inż. Maciej Pieczarka (Wydział Podstawowych Problemów Techniki)

Naukowiec z Katedry Fizyki Doświadczalnej otrzymał blisko 950 tys. zł na projekt „Q-HYPE- Hydrodynamika kwantowa i przejścia fazowe w kondensatach polarytonów ekscytonowych”.

Dotyczy on badań podstawowych nad kwantowymi cieczami świetlnymi, czyli nad kondensatami polarytonów ekscytonowych.

– Takie kondensaty generujemy w specjalnego typu urządzeniach laserowych. W ramach grantu będziemy badać zachowanie hydrodynamiczne tychże cieczy świetlnych, poprzez generowanie i bezpośredni pomiar propagagujących w nich fal. Jest to eksperyment analogiczny wrzucania kamienia do jeziora i obserwowania rozpływania się fal na jego tafli – wyjaśnia dr inż. Maciej Pieczarka.

Najważniejszym działaniem będzie próba zrozumienia dynamiki procesu kondensacji tego płynu świetlnego, poprzez nowatorski eksperyment „hartowania kwantowego”, w którym nasi naukowcy będą kondensować (hartować) kondensat polarytonów z różnymi prędkościami i badać odpowiedź przygotowanego układu.

Prof. Zbigniew Palmowski (Wydział Matematyki)

Badaczowi z Katedry Matematyki Stosowanej przyznano dofinansowanie w wysokości ponad 380 tys. zł na projekt „Resetowanie: procesy Lévy'ego, błądzenia losowe, gałązkowe błądzenia losowe i ich funkcjonały”.

– W ramach tego projektu planujemy analizę procesu stochastycznego z resetowaniem zdefiniowanego jako losowy proces pomiędzy pewnymi momentami, w których jest stosowany mechanizm resetujący. Taki mechanizmem może polegać na przesunięciu procesu do określonego punktu w przestrzeni na przykład poprzez pomnożenie obecnej pozycji przez pewną ustaloną liczbę – mówi prof. Zbigniew Palmowski.

Resetowanie stochastyczne jest powszechnie stosowane w nowoczesnych technologiach oraz jest często obecne w przyrodzie. Występuje w wielu modelach pojawiających się m.in. w biologii, fizyce, naukach aktuarialnych, teorii kolejek, matematyce finansowej, zastosowaniach inżynieryjnych. Szczególnym przykładem jest wykorzystywanie tego mechanizmu w algorytmie AIMD do modelowania protokołu transmisji danych. Temat resetowania znalazł się ostatnio w centrum uwagi z powodu losowych strategii wyszukiwania, gdy wcześniejsze informacje o lokalizacji celu nie są dostępne.

Resetowanie pojawia się także w granicznych modelach kolejkowych z tzw. katastrofami używanymi w modelowaniu populacyjnym. Takie procesy są też używane w modelowaniu trzęsień ziemi, lawin, mikroubezpieczeń lub w modelowaniu zachowania neuronów. Inne zastosowania stochastycznego resetowania zostały również uwzględnione w kontekście polimerazy RNA, zmienności enzymatycznej, termodynamiki i mechaniki kwantowej.

– W ramach projektu planujemy zrozumieć zagadnienia związane z nierównowagowymi stanami stacjonarnymi, rozkładami quasi-stacjonarnymi, czasami wyjścia, tzw. uporczywością procesu czy też zasięgiem procesów gałązkowych, kiedy stosuje się mechanizm resetowania – wyjaśnia naukowiec.

Mgr inż. Jeonghyun Kim (Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego)

Absolwent Szkoły Doktorskiej PWr otrzymał ponad 320 tys. zł dofinansowania na realizację projektu „Wykorzystanie i sekwestracja CO2: Badanie wielokrotnie recyklingowanego proszku pochodzącego z odpadów budowlanych, modyfikowanego karbonatyzacją jako częściowy zamiennik cementu”.

Wraz z rosnącym znaczeniem idei zrównoważonego rozwoju recykling powinien być zarówno powtarzalny, jak i przyjazny dla środowiska. Dlatego też, tematyka badań naukowych ewoluuje z jednorazowego recyklingu odpadów budowlanych w kierunku wielokrotnego recyklingu.

– Chociaż jest to kluczowy element ograniczenia negatywnego wpływu odpadów budowlanych na środowisko, to wykorzystanie proszku generowanego podczas wielokrotnego procesu recyklingu nadal jest dużym wyzwaniem. Z każdym kolejnym cyklem cząsteczki zawierają więcej mikropęknięć i mikroporów, co ma niekorzystny wpływ na właściwości cementu, który powstaje z takiego proszku. Dlatego też konieczna jest jego odpowiednia modyfikacja – wyjaśnia doktorant.

W ramach projektu chce on zastosować metodę karbonatyzacji, wystawiając proszek na działanie CO2 w celu zagęszczenia jego struktury porów.

– Wyniki badań będą miały istotne znaczenie dla rozwoju budownictwa oraz ochrony środowiska i dotyczą możliwości tworzenia alternatywy dla tradycyjnego cementu, a także wykorzystanie CO2. Szczególne podziękowania kieruję do prof. Andrzeja Ubysza, który zachęcił mnie, badacza nie posiadającego jeszcze stopnia doktora, do aplikowania do konkursu Opus – podkreśla mgr inż. Jeonghyun Kim.

Pełna lista laureatów konkursu Opus jest dostępna na stronie NCN.

mic