Sześciu osobom z naszego wydziału przyznano finansowanie w ramach 28. edycji programu Opus. Łącznie od Narodowego Centrum Nauki otrzymali oni 12 mln zł. Dodatkowo naukowcy z Wydziału Chemicznego są partnerami w dwóch kolejnych projektach.
Opus to konkurs o szerokiej formule, w którym o finansowanie projektów badawczych z zakresu badań podstawowych mogą się ubiegać badacze na każdym etapie kariery naukowej, niezależnie od wieku i poziomu doświadczenia. Dzięki otrzymanemu grantowi mogą zbudować duże zespoły badawcze, realizować projekty wykorzystujące wielkie międzynarodowe urządzenia badawcze, a także podjąć współpracę z partnerami zagranicznymi. Na liście rankingowej 28. edycji programu Opus znalazły się 234 projekty z łącznym wsparciem ponad 448 mln zł.
Prof. Jarosław Myśliwiec
„Eksploracja potencjału nowej ferroelektrycznej fazy nematycznej typu twist-bend i ciekłokrystalicznych barwników luminescencyjnych do zastosowań w laserowaniu i optyce nieliniowej”. Kwota dofinansowania: 2 867 760 zł.
Ciekłe kryształy (LC) należą do klasy materii miękkiej, która łączy w sobie właściwości typowe dla kryształów i cieczy. Połączenie płynności i dalekosiężnego porządku orientacyjnego umożliwia łatwe dostrojenie ich właściwości pod wpływem pól optycznych, magnetycznych i elektrycznych.
– Oryginalną koncepcję lasera ciekłokrystalicznego przedstawili Goldberg i Schnur w 1973 r., ale pierwszej eksperymentalnej demonstracji dokonali 25 lat później Kopp – tłumacz prof. Jarosław Myśliwiec. – Od tego czasu wiele badań dotyczyło wykorzystania LC w zjawiskach wzmacniania światła. Nematyczne ciekłe kryształy (NLC), znane ze swojej prostej orientacji cząsteczek oraz powszechnego zastosowania w optoelektronice, pozostają niezmienione od ponad wieku. W 2017 roku potwierdzono unikalną fazę polarną, ferroelektrycznego nematyka (NF). W 2024 roku zaprezentowano rewolucyjne spontaniczne złamanie symetrii lustrzanej w ferroelektrycznych skrętnych strukturach chiralnych nematycznych (tzw. faza NTBF). NLC są szeroko stosowane jako optycznie aktywne matryce dla luminescencyjnych barwników, w celu modulacji właściwości emisji przez zewnętrzne pole elektryczne. – Niemniej jednak, badania nowo odkrytej fazy NTBF nie były dotychczas prowadzone – komentuje naukowiec z W3, który swój projekt zrealizuje we współpracy z Wojskową Akademią Techniczną.
– Głównym naszym zadaniem jest charakterystyka faz nematycznych (począwszy od klasycznej fazy nematycznej i jej chiralnego, helikoidalnego odpowiednika, poprzez fazę apolarną, skręconą fazę nematyczną (NTB), do polarnych faz nematycznych NTBF) oraz całkowicie nowych ciekłokrystalicznych emiterów fluorescencyjnych (LCFE) wykazujących generację światła – mówi prof. Myśliwiec. – Przetestujemy hipotezę, czy i w jakim stopniu możliwe jest uzyskanie nowych materiałów hybrydowych (w postaci cienkich warstw, komórek ciekłokrystalicznych) wykazujących bardzo dobre nieliniowe właściwości optyczne drugiego i trzeciego rzędu, porównywalne z materiałami nieorganicznymi, jednocześnie pozwalających na generację światła laserowego.
Zakres zastosowań, w których można wykorzystać materiały fotoaktywne w postaci cząsteczek lub komórek LC wykonanych z LCFE, obejmuje technologię li-fi, organiczne urządzenia emitujące światło (OLED), czy technologię wyświetlaczy.
Prof. Katarzyna Matczyszyn
„Wytwarzanie oraz multimodalne obrazowanie hybrydowych liotropowych struktur ciekłokrystalicznych takich jak mielina z wykorzystaniem nanostruktur”. Kwota dofinansowania: 2 611 300 zł.
– Wiele naturalnie występujących liotropowych ciekłych kryształów (LLC), takich jak błony komórkowe, mielina czy kolagen, odgrywa kluczową rolę w procesach biologicznych – wyjaśnia prof. Katarzyna Matczyszyn. – Ze względu na ich znaczenie zdecydowaliśmy się prowadzić badania nad powstawaniem, stabilnością i integralnością takich struktur.
Obecne metody ich obrazowania są ograniczone, co motywuje naukowców do poszukiwania nowych, skuteczniejszych markerów. Projekt z PWr koncentruje się na badaniach fosfolipidów, podstawowych składników mieliny, której uszkodzenia prowadzą m.in. do stwardnienia rozsianego. – Tradycyjne techniki neuroobrazowania (MRI, DTI, PET) są kosztowne i efektywne dopiero przy znacznej degradacji mieliny – opowiada prof. Matczyszyn. – Naszym celem jest opracowanie alternatywnych metod obrazowania – m.in. jedno- i wielofotonowego – jako potencjalnych narzędzi prognostycznych dysfunkcji poznawczych.
Zespół z W3 planuje wykorzystać zdolność fosfolipidów do samoorganizacji w fazy LLC oraz swoje doświadczenie w tworzeniu hybrydowych materiałów ciekłokrystalicznych, i w efekcie uporządkować nanocząstki w strukturach przypominających mielinę.
– Jednym rodzajów nanostruktur będą nanokropki węglowe. Dzięki swoim luminescencyjnym właściwościom i małym rozmiarom pozwalają one np. na precyzyjne obrazowanie – opisuje prof. Katarzyna Matczyszyn. – Oprócz tego planujemy użycie nanocząstek metali – plazmonicznych i magnetycznych, które umożliwią manipulację strukturami mielinowymi za pomocą pola magnetycznego.
Zaproponowane przez zespół z Wydziału Chemicznego podejście może doprowadzić do opracowania nowych materiałów fotonicznych opartych na LLC.
Dr inż. Renata Grzywa
„Proteaza wirusa kleszczowego zapalenia mózgu jako cel molekularny dla nowych inhibitorów i sond molekularnych”. Kwota dofinansowania: 2 456 820 zł.
Wirus kleszczowego zapalenia mózgu (TBEV) to jeden z najgroźniejszych dla człowieka patogenów przenoszonych przez kleszcze. Zakażenie może prowadzić do ciężkich powikłań neurologicznych, a nawet śmierci. – Mimo że wirus został zidentyfikowany już w latach 30. XX wieku, wiele aspektów jego biologii pozostaje niepoznanych, a skuteczna terapia przeciwwirusowa nadal nie istnieje – opisuje dr Renata Grzywa.
W obliczu rosnącej liczby przypadków i rozprzestrzeniania się TBEV w nowych regionach, potrzeba opracowania nowych strategii terapeutycznych staje się coraz pilniejsza. – Dlatego w ramach projektu chcemy szczegółowo rozpoznać jednego z kluczowych enzymów wirusa – proteazę NS3, która odpowiada za dojrzewanie białek wirusowych i umożliwia namnażanie wirusa w komórkach gospodarza – mówi dr Grzywa. – Skupimy się na scharakteryzowaniu aktywności i specyficzności substratowej tej proteazy oraz zaprojektowaniu cząsteczek zdolnych do jej selektywnego hamowania. Opracujemy także niskocząsteczkowe sondy molekularne, które pozwolą śledzić aktywność enzymu w zakażonych komórkach.
Projekt ma charakter interdyscyplinarny i łączy nowoczesne metody biologii molekularnej, biochemii, chemii medycznej oraz wirusologii. Prowadzony będzie we współpracy trzech ośrodków naukowych: Politechniki Wrocławskiej (lider konsorcjum), Uniwersytetu Gdańskiego i Uniwersytetu Jagiellońskiego. Połączenie wiedzy i doświadczeń tych zespołów pozwoli nie tylko na pogłębienie wiedzy o biologii TBEV, ale również na identyfikację cząsteczek o potencjale terapeutycznym.
– Ostatecznym celem jest stworzenie podstaw do opracowania nowych leków przeciwwirusowych przeciwko TBEV i pokrewnym wirusom z rodziny Flaviviridae, takich jak wirus Zika czy Zachodniego Nilu – dodaje dr Renata Grzywa.
Dr hab. inż. Rafał Kowalczyk, prof. uczelni
„Słabe wiązania, precyzyjna kontrola: Dynamiczne interakcje w selektywnej funkcjonalizacji C-H”. Kwota dofinansowania: 2 064 423 zł.
Tradycyjne metody aktywacji odległych wiązań C-H w syntezie organicznej są niewydajne i generują odpady, gdyż wymagają kowalencyjnych grup kierujących, co wiąże się z dodatkowymi etapami syntezy. Problem ten stanowi istotne wyzwanie ze względu na minimalne różnice strukturalne między tymi wiązaniami.
– Nasz projekt ma na celu zrewolucjonizowanie syntezy organicznej poprzez wprowadzenie nowatorskiego podejścia do selektywnej aktywacji i modyfikacji odległych wiązań C-H – mówi prof. Rafał Kowalczyk. – Badania opierają się na wykorzystaniu dynamicznych, odwracalnych oddziaływań niekowalencyjnych (np. wiązania wodorowe) jako tymczasowy, niezwykle skuteczny element kierujący reakcjami chemicznymi.
Innowacyjność pomysłu naukowców z Wydziału Chemicznego polega na opracowaniu nowych systemów katalitycznych, które łączą przejściowe grupy kierujące z jednostkami tworzącymi wiązania wodorowe, zwiększając efektywność wiązania substratów i precyzyjne sterowanie reakcją. Ich projekt zakłada systematyczną optymalizację warunków reakcji oraz badania mechanistyczne z wykorzystaniem zaawansowanych technik spektroskopowych i obliczeniowych.
– Oczekujemy, że nasz pomysł dostarczy nowych narzędzi katalitycznych i metodologii, które uproszczą syntezę złożonych cząsteczek organicznych (np. leków, produktów naturalnych), czyniąc te procesy bardziej efektywnymi, precyzyjnymi i przyjaznymi dla środowiska – opowiada prof. Kowalczyk. – Pogłębi to wiedzę o roli oddziaływań niekowalencyjnych w projektowaniu cząsteczek, dając podstawy do dalszych innowacji.
Opracowane metody znajdą zastosowanie w syntezie biologicznie aktywnych związków oraz w modyfikacji szkieletów organicznych dla nowoczesnych technologii (np. generowanie światła spolaryzowanego kołowo, indukowanie chiralności w materiałach spin- selektywnych). Projekt reprezentuje zmianę paradygmatu w aktywacji wiązań C-H, oferując zrównoważoną alternatywę dla tradycyjnych metod i otwierając nowe możliwości w medycynie i naukach o materiałach.
Dr hab. inż. Katarzyna Smolińska-Kempisty, prof. uczelni
„Molekularnie wdrukowywane membrany w procesie oczyszczania wody z krótkołańcuchowych PFAS”. Kwota dofinansowania: 1 572 214 zł.
Substancje per- i polifluoroalkilowe (PFAS) za względu na swoje unikalne właściwości są intensywnie stosowane na skalę przemysłową w szerokiej gamie produktów. Mowa tu o papierowych opakowaniach żywności, kremach i kosmetykach, tekstyliach meblowych i odzieżowych, piankach gaśniczych, nieprzywierających powłokach metalowych, farbach i fotografii, chromowaniu, pestycydach, produktach farmaceutycznych itp.
– Tak powszechne stosowanie PFAS zaczęło budzić poważne obawy na świecie z powodu odkrycia, że oprócz fenomenalnych właściwości funkcjonalnych, substancje te podejrzewano również o bardzo toksyczne działanie – mówi prof. Katarzyna Smolińska-Kempisty.
Związki te wykazują również mobilność środowiskową, bioakumulację i trwałość środowiskową. – Chemikalia te wykryto praktycznie wszędzie: w wodach powierzchniowych i gruntowych, w glebie, a nawet we krwi ludzkiej. To spowodowało globalną reakcję, której celem było zwiększenie świadomość zagrożeń związanych z PFAS, a związki te zostały określone „wiecznymi chemikaliami” – tłumaczy badaczka z W3.
Rozprzestrzeniające się na całym świecie kontrowersje wokół PFAS, doprowadziły do rozpoczęcia również prac nad ich usuwaniem z wody i gleby, a zrównoważone technologie eliminacji PFAS stały się szczególnie cenne i potrzebne.– Dlatego w naszym projekcie zajmiemy się stworzeniem filtru membranowego z nadrukiem molekularnym, MIM, z warstwą specyficzną dla PFAS – opowiada prof. Katarzyna Smolińska-Kempisty. – W ten sposób będzie możliwe usunięcie tych szkodliwych chemikaliów w procesie, który wymaga znacznie mniej energii niż odwrócona osmoza. To szczególnie ważne z punktu widzenia uzdatniania wody czy produkcji wody ultraczystej do zastosowań np. w medycynie.
Zespół badawczy prof. Katarzyny Smolińskiej-Kempisty wspierać będą z Wydziału Chemicznego PWr: dr hab. inż. Joanna Wolska prof. uczelni oraz dr hab. inż. Piotr Cyganowski, prof. uczelni, a także dr inż. Joanna Kuc z Politechniki Krakowskiej oraz dr Todd Cowen z University of Verona.
Prof. Robert Zaleśny
„Nieliniowe właściwości optyczne cząsteczek - nowe aspekty”. Kwota dofinansowania: 460 165 zł.
Struktura powierzchni, w tym orientacja cząsteczek, ma kluczowe znaczenie dla szerokiej palety właściwości fizycznych i procesów chemicznych. Jedną z najnowocześniejszych technik eksperymentalnych służących do charakterystyki cząsteczek na granicy faz (np. faza gazowa-faza ciekła) jest wibracyjna spektroskopia generacji częstości sumarycznej (ang. vibrational sum frequency generation (vSFG)).
– vSFG to nieliniowa optyczna technika spektroskopowa, która bada drgania cząsteczek znajdujących się na granicy faz – mówi prof. Robert Zaleśny. – W eksperymencie generowana jest wiązka promieniowania w wyniku oddziaływania dwóch wejściowych wiązek laserowych: pierwszej z zakresu IR o przestrajalnej długości fali promieniowania odpowiadającej różnicom energii pomiędzy stanami oscylacyjnymi i drugiej z zakresu widzialnego, poza rezonansem, ale wzmacniającej sygnał poprzez nieliniową odpowiedź.
Technikę vSFG można postrzegać jako komplementarną do popularnych spektroskopii IR i Ramana, ale w przeciwieństwie do nich, vSFG wykorzystuje nieliniowy proces optyczny drugiego rzędu, ma wysoką rozdzielczość przestrzenną i mierzy sygnał pochodzący tylko z powierzchni (a nie z głębi izotropowego ośrodka). – Technika vSFG jest używana do badania szerokiej palety funkcjonalizowanych powierzchni / granic faz ośrodków, w tym polimerów, surfaktantów, cieczy jonowych, nanocząstek, membran lipidowych czy elektrod – opowiada naukowiec z W3.
Symulacje widm vSFG mogą być oparte na mechanice kwantowej i mogą być wykonywane w sposób całkowicie nieempiryczny, zapewniając głębszy wgląd w naturę uzyskiwanych doświadczalnie widm vSFG - można bezpośrednio powiązać symulowane pasma z konkretnymi motywami strukturalnymi na poziomie molekularnym. Z tego powodu przez wiele lat następowało pogłębienie synergii pomiędzy eksperymentem i teorią.
– Pomimo wielu sukcesów, komputerowe symulacje vSFG mają jedno wspólne ograniczenie: efekty anharmoniczne są opisywane w sposób niesystematyczny (pola siłowe w dynamice molekularnej) lub wykorzystują model oscylatora harmonicznego do opisu mikroskopowej odpowiedzi vSFG - opisuje prof. Zaleśny. – Nasz projekt reprezentuje obszar spektroskopii obliczeniowej i jego celem jest opracowanie nowego teoretycznego modelu zjawiska vSFG, który znacząco poprawi dokładność symulacji widm vSFG poprzez uwzględnienie efektów anharmonicznych.
Projekty, w których Wydział Chemiczny jest partnerem:
1. „Identyfikacja nowej funkcji receptora histaminowego H3 w analgezji i hiperalgezji wywołanej opioidami: badania w kierunku innowacyjnych terapii bólu przewlekłego” jest projektem Instytutu Farmakologii im. Jerzego Maja Polskiej Akademii Nauk. Partnerem jest Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej, pracami zespołu kieruje dr Natalia Małek-Chudzik. Łączny grant na te badania to 3 633 560, z czego dofinansowanie dla PWr wyniosło 610 000 zł.
– Nasza rola to badania nad szczegółowym, przestrzennym i czasowym profilem komórek immunologicznych i nieimmunologicznych w mózgu oraz odcinku lędźwiowym rdzenia kręgowego myszy – wyjaśnia dr Natalia Małek-Chudzik. –Dotyczy to zarówno zdrowych myszy, jak i z uszkodzeniem nerwów, po przewlekłym leczeniu pitolisantem podczas rozwoju hiperalgezji wywołanej opioidami (OIH).
Zastosowanie obrazowej cytometrii masowej (IMC) umożliwi wieloparametrowe obrazowanie tkanek, analizę kolokalizacji receptorów H3R z MOP oraz markerami glutaminergicznymi i GABA-ergicznymi, a także korelację tych zmian z odpowiedziami behawioralnymi zwierząt.
2. „Sygnatury pierwiastkowe w otolitach kopalnych i dzisiejszych: świadectwa funkcjonalności białek biomineralizacyjnych i przemian diagenetycznych” to projekt Instytutu Paleobiologii im. Romana Kozłowskiego PAN, we współpracy z Instytutem Fizyki PAN oraz Wydziałem Chemicznym PWr. Całkowite dofinansowanie przyznane przez NCN to 2 742 425 zł, w tym środki dla naszej uczelni to 1 250 254 zł. Ze strony Politechniki Wrocławskiej osobą odpowiedzialną za projekt jest prof. Piotr Dobryszycki z W3.
– Odczuwanie grawitacji u kręgowców zapewniają biominerały ucha wewnętrznego. U ryb nazywane są otolitami, a u ludzi - otokoniami. W otolitach zbudowanych z węglanu wapnia obecne są m.in. białka o unikalnym składzie aminokwasowym – opisuje naukowiec z W3, pracujący w Laboratorium Biochemii, Biologii Molekularnej i Biotechnologii.
Celem projektu jest zbadanie ich roli w tworzeniu kryształów węglanu wapnia, ale też we włączaniu pierwiastków śladowych w strukturę otolitów, stanowiących „archiwum” zmian fizykochemicznych w środowisku pod kątem tworzenia form krystalicznych i faz amorficznych w roztworach i ciekłych kondensatach. Otolity są modelem do badań procesów diagenetycznych, tj. procesów zmieniających pierwotne cechy struktury i skład geochemiczny biominerałów.
– Przeprowadzimy eksperymenty z wykorzystaniem zarówno otolitów dzisiejszych, jak i wyjątkowo dobrze zachowanych – kopalnych sprzed kilku milionów lat – dodaje prof. Dobryszycki.