Sześcioro badaczy z Wydziałów: Architektury, Chemicznego i Mechanicznego zostało laureatami piątej w tym roku edycji programu Miniatura. Na swoje projekty otrzymają z Narodowego Centrum Nauki (NCN) ponad 200 tys. zł.

We wrześniowym etapie konkursu NCN przyznał ponad 5 mln zł dofinansowania 132 osobom z całej Polski. Pieniądze mogą zostać przeznaczone na badania wstępne, pilotażowe, kwerendy, staże naukowe oraz wyjazdy badawcze i konsultacyjne.

Konkurs Miniatura wspiera działania naukowe prowadzące do przygotowania założeń projektu badawczego, który zostanie złożony w konkursach NCN lub innych konkursach ogólnokrajowych i międzynarodowych. Całkowity budżet przeznaczony na tegoroczną edycję konkursu wyniósł 20 mln złotych.

W maju dofinansowanie przyznano trzem osobom z PWr, w czerwcu nasi naukowcy otrzymali cztery granty o łącznej wartości niemal 180 tys. zł, w lipcu NCN dofinansowało dwa projekty z PWr, a w sierpniu cztery. Tym razem granty trafiły aż do sześciu  osób, są to:

Dr hab. inż. Patrycja Szymczyk-Ziółkowska, prof. uczelni (Wydział Mechaniczny)

Na projekt „Badanie wpływu parametrów procesu wytwarzania przyrostowego wykorzystującego wiązkę elektronów na mikrostrukturę i właściwości funkcjonalne stopu tytanu typu β/ pseudo β do zastosowań biomedycznych” badaczce z Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji przyznano 46 200 zł.

Współczesna medycyna rozwija się dzięki szerokiej współpracy zespołów interdyscyplinarnych, wykorzystujących najnowsze osiągnięcia wielu dziedzin nauki, poprzez wdrażanie nowych metod i technologii.

– Zastosowanie technik przyrostowych (ang. Additive Manufacturing, AM) w sektorze medycznym, oferuje wiele możliwości i niewątpliwie stanowi wartość dodaną. Techniki te mogą być wykorzystywane do wytwarzania urządzeń wspomagających, chirurgicznych i protetycznych oraz zindywidualizowanych implantów, znajdujących zastosowanie głównie w przypadkach gdy niezbędne jest spełnienie specyficznych potrzeb pacjenta – mówi prof. Patrycja Szymczyk-Ziółkowska.

Wśród materiałów metalicznych do zastosowań w implantologii szczególnie w odniesieniu do wszczepów długookresowych, ze względu na szereg korzystnych właściwości użytkowych (m.in. wysoką biozgodność, odporność na korozję, wysoką wytrzymałość zmęczeniową) istotną rolę pełni stop tytanu Ti-6Al-4V.

– Moduł Younga stopów tytanu (~110 GPa) jest nadal znacznie wyższy od modułu sprężystości tkanki kostnej, ale jest to wartość znacznie niższa niż w przypadku stopów opartych na układzie Co-Cr, czy w odniesieniu do stali nierdzewnej 316L. Dodatkowo posiadają w swoim składzie chemicznym potencjalnie toksyczne pierwiastki, a długoterminowe użytkowanie tego stopu wzbudza obawy ze względu na możliwy negatywny wpływ aluminium oraz wanadu na organizm człowieka – wyjaśnia badaczka.

Nowe trendy w rozwoju stopów tytanu do zastosowań w inżynierii biomedycznej umożliwiły rozwój stopów składających się z nietoksycznych oraz niewywołujących reakcji alergicznych pierwiastków, przy zachowaniu doskonałych właściwości mechanicznych. Są to w znacznej mierze stopy typu β, których cechą jest niski moduł sprężystości (~55-85 GPa), niższy niż w przypadku najpopularniejszych stopów dwufazowych α+β, a w związku z tym bliższy parametrom tkanki kostnej.

W swoim projekcie prof. Szymczyk-Ziółkowska planuje określić wpływ parametrów procesu wytwarzania przyrostowego wykorzystującego wiązkę elektronów (PBF-EB/M) na mikrostrukturę i wybrane właściwości stopu tytanu Ti-13Nb-13Zr, co wymaga holistycznego podejścia badawczego, w związku z wielowątkowością badanego zjawiska.

– Badania będą skupione na określeniu cech materiałowych i technologicznych proszku wsadowego po procesie atomizacji gazowej, ocenie wpływu parametrów procesu wytwarzania przyrostowego na porowatość, ewentualne zmiany składu chemicznego spowodowane procesem termicznym (zarówno w odniesieniu do atomizacji gazowej jak i procesu PBF-EB/M)m a także jakość powierzchni oraz podstawowe właściwości mechaniczne – dodaje badaczka.

W wyniku przeprowadzonych badań opracowane zostaną zależności pomiędzy czynnikami materiałowymi i technologicznymi w procesie AM w odniesieniu do metody PBF-EB/M. Uzyskane rezultaty zostaną zestawione z wynikami badań dotyczących stopów trójskładnikowych w układzie Ti-Nb-Zr, co pozwoli na określenie potencjału zastosowanego procesu AM w odniesieniu do zastosowań biomedycznych.

Dr inż. Katarzyna Sołtys (Wydział Chemiczny)

Badaczka z Katedry Biochemii, Biologii Molekularnej i Biotechnologii otrzymała dofinansowanie w wysokości 44 tys. zł na projekt „Analiza zdolności trzech podtypów receptora kwasu 9-cis-retinowego do tworzenia kondensatów w komórce”.

– Istotą funkcji czynników transkrypcyjnych jest, specyficzna czasowo i tkankowo, regulacja poziomu syntezy transkryptów poszczególnych genów organizmu. Receptory jądrowe (NRs) tworzą szczególną i zarazem największą ich grupę. Receptor kwasu 9-cis-retinowego (RXR) zajmuje ważne miejsce wśród NRs. RXR pełni rolę partnera dla wielu NRs, przez co bierze udział w koordynacji różnych sygnałów hormonalnych i metabolicznych. Ze względu na mnogość interakcji, RXR wydaje się być jednym z kluczowych receptorów odpowiedzialnych za utrzymanie homeostazy organizmu – wyjaśnia dr inż. Katarzyna Sołtys. – Nieprawidłowości w szlakach modulowanych przez NRs, a zwłaszcza związanych z aktywnością RXR, są powiązane m.in. z chorobami neurodegeneracyjnymi, otyłością, cukrzycą, a także nowotworami – dodaje.

– U ludzi występują trzy podtypy RXR (RXRα, RXRβ oraz RXRγ) kodowane przez różne geny. RXR posiada budowę modułową, na którą składają się powiązane funkcjonalnie fragmenty: region AB, domena wiążąca DNA, region D, domena wiążąca ligand i region F. Poszczególne podtypy RXR różnią się głównie w obrębie regionu AB. Dodatkowo, region AB wykazuje cechy charakterystyczne dla regionów inherentnie nieuporządkowanych (IDRs). Co więcej, charakterystyka molekularna, w tym stopień nieuporządkowania wydają się być specyficzne dla regionów AB poszczególnych podtypów RXR – wyjaśnia laureatka konkursu Miniatura.

Nowo odkrytym aspektem działania NRs jest ich zdolność do promowania separacji faz typu ciecz-ciecz (LLPS). Jest to proces, w którym z jednorodnej fazy ciekłej zawierającej makrocząsteczki (białka, kwasy nukleinowe) tworzą się dwie oddzielne fazy, jedna bogata w makrocząsteczki oraz druga, w której ich stężenie jest znacznie mniejsze. LLPS odpowiada za tworzenie w komórkach organelli bezbłonowych (MLOs), takich jak np. jąderko i ciałka stresowe. RXR zlokalizowany jest głównie w jądrze komórkowym, a obecność liganda (kwasu 9-cis-retinowego) indukuje tworzenie charakterystycznego punktowego wzoru (ang., nuclear foci). Dokładna struktura i funkcja tych punktów pozostaje jednak nieznana. Przypuszcza się, że punkty te mogą tworzyć transkrypcyjnie aktywne kondensaty (rodzaj MLOs).

– Realizowane przeze mnie badania pokazały, że regiony AB dwóch podtypów RXR: RXRβ i RXRγ, posiadające cechy IDRs, mają zdolność promowania LLPS w warunkach in vitro. Proces ten wydaje się być istotnym elementem aktywacji transkrypcji z udziałem RXR, ponieważ w regionie AB jest umiejscowiona sekwencja odpowiedzialna za autonomiczną, tj. niezależną od liganda, aktywację transkrypcji (AF1) – dodaje dr inż. Katarzyna Sołtys. – Realizacja projektu ułatwi zrozumienie mechanizmu tworzenia kondensatów RXR oraz przybliży ich rolę w regulacji transkrypcji genów – podkreśla.

Dr inż. Dominik Terefinko (Wydział Chemiczny)

Naukowiec z Katedry Chemii Analitycznej i Metalurgii Chemicznej uzyskał dofinansowanie w wysokości 40 832 zł na realizację projektu „Zimna plazma atmosferyczna w terapii uwrażliwiającej nowotwór piersi”.

– Wzrastająca ilość nowych przypadków nowotworu piersi jest niezwykle niepokojącym zjawiskiem. Szczególne zagrożenie stanowią nowotwory złośliwe i oporne w leczeniu, znacznie zmniejszając perspektywy wyzdrowienia. Najczęściej przyjmowaną taktyką zwalczania nowotworów piersi pozostaje mastektomia, chemioterapia czy też radioterapia, lecz ich skuteczność jest niezadowalająca, a opracowanie nowych terapii niezwykle pożądane – mówi dr inż. Dominik Terefinko.

Okazuje się, że obiecującą alternatywę dla nowoczesnej terapii przeciwnowotworowej mogą stanowić zimne plazmy atmosferyczne (ang. Cold Atmospheric Plasma, CAP), które generowane są w wyniku jonizacji gazu wyładowczego np. helu, argonu, azotu czy też powietrza atmosferycznego.

Efektem takiej jonizacji gazu jest generowanie licznych przedstawicieli reaktywnych form tlenu i azotu jak choćby rodników OH, HO2, N, a także O3, 1O2, NO2- i H2O2. Związki te wykazując silny potencjał utleniający, znajdują szerokie zastosowanie w procesach leczenia ran i zmian dermatologicznych, usuwania biofilmów bakteryjnych czy także degradacji zanieczyszczeń organicznych.

– Celem projektu będzie określenie możliwości wykorzystania układów CAP do zwiększenia podatności ludzkich komórek nowotworu piersi na działanie prostych związków wykazujących efekt przeciwnowotworowy tj. antybiotyk salinomycyna, kurkumina a także witamina C – wyjaśnia naukowiec z W3. – Autorski układ CAP będzie w tym przypadku rozpatrywany jako technologia wspomagająca, co stwarza możliwości połączenia jej choćby z radioterapią, terapią fotodynamiczną czy elektroporacją. Zaplanowane prace obejmują określenie wpływu tak prowadzonego traktowania komórek nowotworu piersi na spadek żywotności komórkowej, a także zdolności do ich migracji, wskazując na możliwości ograniczenia złośliwego charakteru – dodaje.

Ponadto zaplanowane zostały badania podejmujące określenia typu śmierci komórkowej, jakiej będą ulegały komórki wskutek prowadzonego traktowania. Celem pełniejszego zbadania kierunków w jakich oddziałują wyładowania CAP na komórki nowotworu piersi, przeprowadzone zostaną liczne analizy chemiczne określające stopień utlenienia błon komórkowych, wewnątrzkomórkowe stężenie wolnych rodników i głównych przedstawicieli reaktywnych form tlenu i azotu.

– Rozwinięcie tematyki badawczej upatruję w określeniu możliwości wykorzystania CAP do procesów zwalczania zjawiska chemooporności. W planach jest zaproponowanie modułu do podskórnej dystrybucji wyładowań CAP, co zapewni przełamanie dotychczasowych ograniczeń przy traktowaniu powierzchniowym – podkreśla laureat konkursu.

Niezwykle interesującym obszarem badawczym będzie również sprawdzenie perspektyw wykorzystania CAP wspólnie z obecnie stosowanymi klinicznie terapiami i związkami do zwalczania ludzkich nowotworów. Ostatecznym celem będzie zaproponowanie produktu klinicznego o dobrze poznanych możliwościach wykorzystania w terapiach przeciwnowotworowych.

Dr inż. Michał Smolnicki (Wydział Mechaniczny)

Na projekt „Wykorzystanie sieci neuronowych i metody elementów skończonych do predykcji kluczowych parametrów mechaniki pękania w złożonym stanie naprężenia” naukowiec z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej otrzymał grant w wysokości 31 680 zł.

– Sztuczna inteligencja i uczenia maszynowe za sprawą Chatu GPT stały się w ostatnim czasie niezwykle popularne. W nauce wykorzystuje się je od dawna, ale obecnie coraz bardziej powszechne staje się stosowanie ich poza informatyką także do zagadnień związanych z inżynierią mechaniczną – mówi dr inż. Michał Smolnicki.

Jednym z największych wyzwań przy zastosowaniu modeli uczenia maszynowego w zagadnieniach „mechanicznych” jest utworzenie wystarczającego zbioru danych. Badania eksperymentalne są czasochłonne i kosztowne, a w przypadku niektórych metod liczebność danych powinna być liczona w dziesiątkach czy setkach tysięcy. Jedną z możliwości rozwiązania tego problemu, która wykorzystana będzie też w projekcie, jest zastosowanie metody pośredniej, która umożliwi wygenerowanie odpowiedniego zbioru danych na podstawie bardziej ograniczonej kampanii eksperymentalnej.

– W moim przypadku wykorzystam metodę elementów skończonych (MES). Wytworzone przeze mnie modele numeryczne zostaną zwalidowane poprzez wykonanie badań eksperymentalnych z odpowiednim oczujnikowaniem (aby dostarczyć jak najwięcej informacji o badanych próbkach) i porównanie wyników numerycznych z rzeczywistymi. Następnie przy wykorzystaniu skryptów napisanych w języku Python automatycznie zostanie przeprowadzona duża liczba symulacji i wygenerowany zostanie zbiór danych – wyjaśnia naukowiec.

Końcowy etap projektu będzie polegał na wyborze odpowiedniej techniki uczenia maszynowego do uzyskanego zbioru danych i wyuczenie go korzystając z przygotowanego zbioru danych, a następnie zweryfikowanie jakości modelu.

Od strony mechanicznej przedmiotem projektu będzie zagadnienie analizy procesu pękania w materiałach takich, jak na przykład stal poddanych zmęczeniowemu złożonemu stanowi obciążenia (ang. mixed-mode I+II). Badania będą realizowane przy wykorzystaniu próbek typu CTS (ang. Compact Tension Shear specimen).

– W badaniach planuję wziąć pod uwagę takie parametry jak lokalizacja frontu pęknięcia, współczynniki intensywności naprężeń czy T-stress. Znajomość tych wielkości jest użyteczna przy definiowaniu tzw. driving force, czy też modelowaniu zjawiska wzrostu pękania zmęczeniowego (chociażby dobrze znane prawo Parisa) wykorzystujące parametr Δ𝐾, czyli zakres współczynnika intensywności naprężeń – tłumaczy dr inż. Michał Smolnicki.

Zwyczajowo do ich wyznaczania w próbkach, czy elementach konstrukcyjnych o złożonej geometrii i poddanych złożonemu stanowi obciążenia, konieczne jest wykorzystywanie analiz MES. Należy jednak zauważyć, że dla każdego z zestawu danych wejściowych określających próbę (geometria próbki, kąt działania siły, wartość siły, aktualne położenie pęknięcia) należy zbudować model od nowa, co czyni obliczenia czaso- i energochłonnymi. Dlatego zaproponowane przez naukowca z W10 rozwiązanie pozwoli na stworzenie metody ułatwiającej uzyskanie tych informacji, znacząco uprości to prowadzenie dalszych badań, które wymagają zgromadzenia tego typu informacji.

Dr inż. Mateusz Jackowski (Wydział Chemiczny)

Naukowiec z Katedry Inżynierii Bioprocesowej, Mikro i Nanoinżynierii otrzymał grant w wysokości 30 382 zł na projekt „Historyczne surogaty słodu w browarnictwie”.

– Piwo to napój znany od początków ludzkości. Nie inaczej jest z kulturą polską, w której piwo pojawia się od pierwszych dokumentów pisanych traktujących o naszym kraju. Dzisiaj nasz kraj jest trzecim największym w Unii Europejskiej producentem piwa – mówi dr inż. Mateusz Jackowski.

Przemysł browarniczy swój największy rozwój zanotował w XIX wieku wraz z rewolucją przemysłową, dzięki której nauka zaczęła coraz częściej zaglądać do browarów. Wtedy w ręce piwowarów trafiły tak prozaiczne dzisiaj narzędzia, jak termometry i aerometry pozwalające na dokładną kontrolę procesu produkcji oraz pojawiły się liczne urządzenia mechaniczne usprawniające proces warzenia piwa. Ponadto pojawiły się wtedy pierwsze pozycje naukowo-techniczne traktujące o piwowarstwie. Wśród podręczników piwowarskich warto wymienić takie jak „Piwowarstwo” Jana Koncewicza, „Dokładna nauka warzenia piwa” Karola Wilhelma Schmidta czy „Nowy piwowar” Jakuba Sroczyńskiego.

– Wobec licznych niedoskonałości i braków surowcowych piwowarzy doby XIX wieku nierzadko sięgali po różnego typu zamienniki słodu mające na celu zmniejszyć koszty produkcji lub utrzymać działalność wobec problemów z zaopatrzeniem. Przytoczona wcześniej literatura sugeruje użycie takich składników jak niesłodowane zboże, ziemniaki czy perz. Obecnie ziemniaków ani perzu nie znajdziemy w niemal żadnym browarze, przez co XIX wieczne receptury pozostają wyłącznie historyczną ciekawostką – wyjaśnia naukowiec.

W swoim projekcie dr inż. Mateusz Jackowski planuje wyprodukowanie piwa z surogatów słodu opisanych w XIX-wiecznej literaturze, a następnie przebadanie go z wykorzystaniem obecnej wiedzy z zakresu browarnictwa i technologii żywności. – Badania pozwolą odpowiedzieć na pytanie, jakie właściwości miało omawiane piwo powstałe w warunkach niedoboru oraz sprawdzą, czy dodanie tak nietypowych dodatków jak perz wpłynie pozytywnie na parametry napoju oraz jego właściwości prozdrowotne – dodaje.

Dr inż. arch. Anna Małachowicz (Wydział Architektury)

Badaczka z Katedry Urbanistyki i Gospodarki Przestrzennej otrzymała dofinansowanie w wysokości niemal 10 tys. zł na projekt „Analiza wczesnych form architektury bastionowej w Europie”

W planach laureatka konkursu ma wyjazd badawczy, w trakcie którego zamierza przyjrzeć się zachowanym nowożytnym fortyfikacjom bastionowym na terenie Holandii. Dotychczas analizowała już renesansowe fortyfikacje na terenie obecnej i historycznej Polski (m.in. Kostrzyn nad Odrą, Zamość, Elbląg, Gdańsk, Wrocław, Stará Ľubovňa na Słowacji), włoskie (m.in., Piza, Civitavecchia, Florencja ), w tym na Malcie (Valetta, Victoria) i weneckie (Kreta).

– Wczesne dzieła architektury bastionowej miały często charakter eksperymentalny, a nieudane rozwiązania były poprawiane w późniejszym okresie. Nie wszystkie pomysły konceptualne doczekały się realizacji, a projekty były często korygowane w trakcie realizacji, stąd konieczność analizowania zarówno dzieł pisanych, jak i materialnych pozostałości dzieł obronnych. Studiowanie projektów i zdjęć bez weryfikacji w naturze może bowiem prowadzić do błędnych wniosków – wyjaśnia dr inż. arch. Anna Małachowicz.

W ramach wyjazdu badaczka chce zgromadzić materiał porównawczy dla planowanych później badań na terenie Wrocławia. Ze względu na unikalny stan zachowania twierdz niderlandzkich wizja lokalna może dostarczyć licznych informacji dotyczących szczegółowych rozwiązań oraz ewolucji architektury militarnej w XVI w. oraz w okresach późniejszych.

– Wyjazd w ramach programu Miniatura ma stanowić element kompleksowych badań bastionowego obwodu obronnego Wrocławia w jego najstarszej formie i wstęp do ubiegania się o większy grant w programie Opus. Będzie on związany z podsumowaniem i opracowaniem dotychczasowych badań, udokumentowaniem jego pozostałości i rekonstrukcją ich architektury w różnych okresach funkcjonowania oraz sformułowaniem właściwego sposobu ochrony i wykorzystania obiektów zachowanych – dodaje badaczka z W1.

Pełna lista laureatów i laureatek jest dostępna na stronie NCN.

mic