Fizikalna kemija
P1-0201
Trajanje: 1.1.2022 - 31.12.2027
Vodja:
prof. dr.
Lukšič Miha
Raziskovalci, ki sestavljajamo programsko skupino P1-0201 — Fizikalna kemija, smo člani Katedre za fizikalno kemijo UL FKKT. Ukvarjamo se z raziskavami, ki s pomočjo kombinacije modernih eksperimentalnih in teoretičnih metod bogatijo osnovno in aplikativno znanje na področju fizikalne kemije, zlasti fizikalne kemije tekočin, raztopin ter koloidnih disperzij. Študij in poznavanje lastnosti tekočin in njihovih mešanic, zlasti pa vodnih raztopin hidrofobnih, polarnih in ionskih topljencev (od enostavnih elektrolitov do kompleksnih biopolimerov, kot so proteini in nukelinske kisline) je pomembno s stališča številnih tehnoloških, industrijskih ter farmacevtskih procesov, kakor tudi z vidika biokemijskih procesov, ki potekajo v živih organizmih. Nadalje ima poznavanje lastnosti vodnih raztopin polielektrolitov, koloidov, površinsko aktivnih snovi ter interakcij med njimi in površinami pomembno vlogo v ekologiji in industriji. Razumevanje povezav med strukturo in dinamiko koloidnih sistemov je poglavitno za razvoj in uporabo novih nanotehnologij na različnih področjih.
Glavnina naših raziskav je osredotočena na hidratacijo ter iono-specifične efekte v vodnih raztopinah. Voda je ključni igralec pri številnih procesih, a njena vloga na mikroskopskem nivoju še vedno ni povsem razumljena. Voda je tudi ekološko topilo in zamenjuje organska topila povsod, kjer je to mogoče. Poleg vode in vodnih raztopin proučujemo tudi druga zelena topila in ionske tekočine ter procese delaminacije plastovitih materialov, kar je pomembno z vidika materialov za hranjenje energije ter njeno zeleno in trajnostno proizvodnjo, elektronskih komponent, biosenzorike, katalize ter medicine. V grobem je naša aktivnost sledeča:
- Razvijamo statistično-mehanske modele vode, ki omogočajo razumeti številne anomalne lastnosti vode, kakor tudi modele hidratacije hidrofobov in ionov.
- Eksperimentalno in teoretično proučujemo raztopine sintetičnih in naravnih polimerov ter zlasti polielektrolitov.
- Velik del raziskav posvečamo raztopinam surfaktantov in pojavom samourejanja v teh raztopinah (micelizacija, tvorba veziklov, liposomov, dvoplasti).
- Proučujemo fazno stabilnost formulacij proteinov (od globularnih do protiteles) ter vlogo sotopljencev pri teh procesih. Pozornost posvečamo tudi biomakromolekulam v utesnjenih okoljih.
- Študiramo termodinamske, kinetične in strukturne lastnosti regulacije modulov toksin-antitoksin ter nekanonične strukture nukleinskih kislin (G-kvadrupleksi).
- Razvijamo nove arhitekturne rešitve elektrokromnih naprav in biosenzorjev.
- Ukvarjamo se s kemoinformatiko, metodami molekulskega sidranja ter farmakofornim modeliranjem, strojnim učenjem in razvojem programske opreme za distributivno računanje.
Razvijamo teoretične pristope za opis in razlago izsledkov naših eksperimentalnih raziskav. Pri eskperimentalnem delu se poslužujemo različnih kalorimetričnih (ITC, DSC) in spektroskopskih tehnik (UV-Vis, fluorimetrija, cirkularni dikroizem, NMR), konduktometrije, kromatografije, reologije, tenziometrije in tehnik sipanja svetlobe (SLS, DLS, ELS, SAXS). Imamo dva laboratorija, akreditirana za delo z gensko spremenjenimi organizmi. Na področju teoretične kemije se ukvarjamo s kvantno kemijo, računalniškimi simulacijami (Monte Carlo, dinamika molekul), molekulskim sidranjem in kemoinformatiko ter različnimi teorijami (elektrostatske teorije, termodinamska perturbacijska teorija, integralske enačbe).
Člani programske skupine P1-0201 svoje raziskovalne rezultate objavljamo v uglednih mednarodnih znanstvenih revijah in jih predstavljamo na številnih mednarodnih znanstvenih srečanjih ter mnogih tujih univerzah in inštitutih. Smo nosilci več (bilateralnih) projektov, ki spodbujajo mednarodne raziskave, ter udeleženi v mnogih COST akcijah. Delujemo kot (gostujoči) uredniki ali kot člani organizacijskih odborov domačih in mednarodnih konferenc. Sodelujemo pri izvedbi več kot 40 različnih predmetov s področja fizikalne kemije in sorodnih ved, ki jih letno obiskuje več kot 1300 študentov z različnih fakultet UL. Pedagoškemu delu člani programske skupine posvečamo veliko pozornosti ter v svoja predavanja vključujemo izsledke svojih raziskav. Brez dobrih učiteljev ni dobre šole, brez raziskav pa ni dobrih učiteljev. Vodili smo številne projekte ŠIPK in PKP, kar nam omogoča integriranje raziskovalnega dela in stika z industrijo v sam proces šolanja. Svoje znanje prenašamo v industrijo ter tako pomagamo pri reševanju tehnoloških izzivov. Pri tem tesno sodelujemo z našimi bivšimi študenti, predvsem z doktorji znanosti, ki so zaposleni v teh podjetjih. Skupina na ta način poglablja teoretična in eksperimentalna znanja s področja fizikalne kemije ter jih prenaša na do- in podiplomske študente in v industrijsko prakso. Raziskovalci prispevamo k utrjevanju nacionalne identitete in kulturne dediščine tudi s povečevanjem prepoznavnosti Slovenije v svetu. Eden izmed načinov so mentorstva dijakom, ki zelo uspešno sodelujejo na mednarodnih kemijskih olimpijadah (IChO). Sodelujemo tudi pri izvajanju mednarodnega magistrskega študijskega programa kemija 2. stopnje v sodelovanju z Univerzo v Strasbourgu, Francija, v programu za pridobitev dvojne diplome.
Naš poglavitni cilj je razumevanje lastnosti snovi na molekularnem nivoju. Vsak od članov skupine odlično pozna svoje področje raziskovanja, obenem pa se naše znanje prekriva in dopolnjuje do te mere, da nam omogoča uspešno skupno delo ter s tem povečuje sinergijski učinek skupine.
ČLANI PROGRAMSKE SKUPINE P1-0201:
Raziskovalci: Marija Bešter-Rogač, Janez Cerar, Andrej Godec, San Hadži, Barbara Hribar Lee, Andrej Jamnik, Ksenija Kogej, Jurij Lah, Miha Lukšič (vodja), Žiga Medoš, Črtomir Podlipnik, Jurij Reščič, Bojan Šarac, Matija Tomšič, Tomaž Urbič, Vojeslav Vlachy
Strokovni sodelavci: Vesna Arrigler, Mirzet Čuskić, Tone Kelbl
Mladi raziskovalci: Tilen Berglez, Jernej Imperl, Peter Ogrin, Uroš Zavrtanik, Zala Živič.