docCharakterystyka prac badawczych Stypendystów
download 
Reklamacja Transkrypt
Charakterystyka prac badawczych Stypendystów
DoktoRIS PROGRAM STYPENDIALNY NA RZECZ INNOWACYJNEGO ŚLĄSKA CHARAKTERYSTYKA PRAC BADAWCZYCH STYPENDYSTÓW CZĘŚĆ DRUGA DoktoRIS PROGRAM STYPENDIALNY NA RZECZ INNOWACYJNEGO ŚLĄSKA CHARAKTERYSTYKA PRAC BADAWCZYCH STYPENDYSTÓW CZĘŚĆ DRUGA ISBN 978-83-7328-321-3 Szanowni Państwo! Członek Zarządu Województwa Śląskiego Kazimierz Karolczak Prorektor ds. Nauki i Współpracy z Gospodarką prof. dr hab. Andrzej Kowalczyk Uniwersytet Śląski Przekazujemy Państwu drugą część publikacji zawierającej opisy zainteresowań badawczych Stypendystów projektu DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego Śląska realizowanego wspólnie przez Samorząd Województwa Śląskiego i Uniwersytet Śląski w Katowicach. Charakterystyki badań naukowców zostały w niej pogrupowane w obszary technologiczne uznane za kluczowe dla rozwoju województwa śląskiego. Wierzymy, że o sile gospodarki Śląska zdecydują wiedza i innowacyjne pomysły naszych Stypendystów, gdyż globalna gospodarka rozwija się przede wszystkim dzięki innowacyjnym rozwiązaniom oraz współpracy biznesu z nauką. Ufając, że warto inwestować w przyszłościowe nowatorskie projekty i zachęcać do ich wykorzystywania podmioty gospodarcze, oddajemy w Państwa ręce niniejszą publikację. Mamy nadzieję, że przedstawione w niej obszary badań staną się inspiracją dla zawiązania współpracy, a dzięki temu wydatnie przyczynią się do rozwoju technologicznego i innowacyjności naszego regionu. SPIS TREŚCI TECHNOLOGIE MEDYCZNE (OCHRONY ZDROWIA) Katarzyna Basa Wojciech Ciszek Katarzyna Czarnecka Marta Danch-Wierzchowska Marzena Dołbniak Karolina Gajda Tomasz Gaweł Agnieszka Gawlas-Mucha Michalina Gramatyka Przemysław Hahn Dorota Hudy Tomasz Jadczyk Przemysław Jędrusik Magdalena Jędzierowska Katarzyna Kral Łukasz Król Aleksandra Krzywoń Marcin Kubeczko Anna Kwiatkowska-Mazurek Paulina Maksym-Bębenek Anna Marcisz Marta Orłowska Kamila Osadnik Monika Paluch-Ferszt Katarzyna Papaj Anna Papież Kinga Piżuch Marcin Pruba Agata Ptaszek-Budniok Bartłomiej Pyciński 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 Ryszard Sordyl Ewelina Spaczyńska Dawid Szweda Róża Szweda Natalia Śmigiel-Gac Patrycja Tudrej Magdalena Zorychta 42 43 44 45 46 47 48 TECHNOLOGIE DLA ENERGETYKI I GÓRNICTWA Paweł Bargiel Mateusz Brzęczek Aleksandra Dryjańska Piotr Feliński Przemysław Jamrozik Sylwia Jankowska Katarzyna Jasiak Marcin Kratofil Piotr Kubica Izabella Maj Damian Pawłowski Monika Radlik Magdalena Szindler Przemysław Ściubidło Magdalena Tarnacka 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 TECHNOLOGIE DLA OCHRONY ŚRODOWISKA Dorota Babilas Beata Baka Wojciech Bogacz Kinga Bondarczuk 70 71 72 73 Piotr Celary Karolina Chwiałkowska Dominika Dąbrowska Piotr Gutwiński Artur Jaroń Anna Jarosławiecka Gabriela Kamińska Ewelina Kilian Piotr Klikowicz Marta Kowalik-Wolska Katarzyna Kowalska Michał Kowalski Barbara Krakowska Aleksandra Krzywicka Maciej Kurzydło Ewa Laskowska Bartłomiej Macherzyński Ariel Marchlewicz Anna Nowacka Urszula Nowakowska Monika Nowrotek Joanna Orzeł Małgorzata Pawlik Agnieszka Placek Iwona Pokorska-Silva Anna Poskart Krzysztof Rajczykowski Agnieszka Rorat Magdalena Stec Dariusz Szeremeta Anna Szymonik Dorota Środek Agata Świerc Edyta Trzebińska 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 Małgorzata Wiącek Krzysztof Wolski Magdalena Wójtowicz 108 109 110 TECHNOLOGIE INFORMACYJNE I TELEKOMUNIKACYJNE Kamil Dworak Michał Frątczak Tomasz Grzejszczak Agnieszka Knoppik-Wróbel Jolanta Konieczkowska Sebastian Kurczyk Katarzyna Łaba Tomasz Nowak Sandra Pluczyk Grzegorz Poprawa Jakub Rosner Janusz Rygał Michał Waluś Tomasz Wesołowski Paweł Zassowski Tomasz Żyrek 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 PRODUKCJA I PRZETWARZANIE MATERIAŁÓW Agnieszka Benduch Aneta Jakubus Jarosław Jasiński Tymoteusz Jung Lech Kalinowski Jagoda Krzysteczko Aneta Krzyżańska 132 133 134 135 136 137 138 Andrzej Milewski Marzena Ogórek Dariusz Pyszny Kamila Zdrodowska 139 140 141 142 PRZEMYSŁ MASZYNOWY, SAMOCHODOWY, LOTNICZY I GÓRNICZY Sebastian Barwinek Rafał Kaczmarek Ewa Lisiecka Hubert Michalczuk Barbara Nieradka Paweł Nowak Aneta Olszewska Marcin Procek Wojciech Radwański Justyna Skowronek Milena Trzaskalska 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 NANOTECHNOLOGIE I NANOMATERIAŁY Maria Bańczyk Małgorzata Berdys Agnieszka Godziek Maciej Kapkowski Karina Kocot Mateusz Korzec Magdalena Laskowska Beata Marcol Marek Matussek Krystian Mistewicz Iwona Nawrot Anna Nowak Joanna Palion-Gazda Michał Sitarz Agata Szłapa 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 TECHNOLOGIE MEDYCZNE (OCHRONY ZDROWIA) KATARZYNA BASA Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Opracowanie nowych materiałów kompozytowych dla stomatologii o zwiększonej odporności przeciwdrobnoustrojowej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Głównym celem badań jest otrzymanie materiału kompozytowego przeznaczonego na płyty protez stomatologicznych o zwiększonej odporności przeciwdrobnoustrojowej. W pierwszej fazie badań zostanie wybrany materiał akrylowy spośród tworzyw dostępnych na rynku protetycznym. Jako wypełniacz o własnościach przeciwdrobnoustrojowych zostaną zastosowane materiały ceramiczne zawierające srebro. W ramach prowadzonej pracy badawczej zastanie opracowana technologia wprowadzenia wypełniaczy do osnowy polimerowej za pomocą mieszalnika turbulentnego lub/oraz planetarnego młynka kulowego. W następnym kroku zostaną wykonane badania za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego oraz spektrometru EDS, których celem będzie: potwierdzenie obecności wypełniaczy w osnowie, ocena stopnia agregowania cząstek w zależności od zastosowanej technologii mieszania. W kolejnym etapie przeprowadzone zostaną badania aktywności przeciwdrobnoustrojowej otrzymanych kompozytów we współpracy z Katedrą i Zakładem Mikrobiologii i Immunologii w Zabrzu oraz badania nasiąkliwości i rozpuszczalności. Następnie na maszynie wytrzymałościowej przeprowadzone zostaną badania wytrzymałości na zginanie i rozciąganie oraz pomiary mikrotwardości metodą Vickersa. Badanie kąta zwilżania zostanie przeprowadzone metodą leżącej kropli. Dodatkowo zostaną przeprowadzone badania trybologiczne obejmujące badania ścieralności metodą ball on disc oraz pomiary współczynnika tarcia w środowisku sztucznej śliny. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Użytkowanie protez sprzyja powstawaniu stomatopatii przez zwiększenie lokalnego obciążenia tkanek oraz czasu jej kontaktu z mikroorganizmami. Obecnie brak jest materiałów polimerowych przeznaczonych do wykonywania płyt protez wykazujących zwiększoną odporność na kolonizację przez drobnoustroje występujące w jamie ustnej, a badania naukowe dowodzą, że płyty protez są kolonizowane przez mikroorganizmy już w pierwszych miesiącach użytkowania. W rezultacie wyniki przeprowadzonych badań przyczynią się do zniwelowania istotnych dolegliwości klinicznych. Efektem ekonomicznym będzie znaczące zmniejszenie liczby pacjentów wymagających leczenia skutków stomatopatii protetycznych i grzybic jamy ustnej. 12 WOJCIECH CISZEK Uniwersytet Śląski, Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii Instytut Fizyki, Zakład Fizyki Medycznej [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Badanie wpływu dawek diagnostycznych promieniowania X na tkankę kostną w okresie pediatrycznym metodą konfokalnej mikroskopii fluorescencyjnej oraz spektrofluorymetrii indukowanej laserowo SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Ochrona przed promieniowaniem jonizującym stosowanym rutynowo w diagnostyce medycznej wydaje się tematem zamkniętym. Analizując doniesienia naukowe z ostatnich lat oraz wymogi prawne obowiązujące w różnych krajach, można spostrzec, że wciąż należy zachowywać ostrożność w tych zagadnieniach. Istotne jest stałe monitorowanie narażenia pacjentów i wdrażanie zasad zapewniających redukcję tego narażenia, jak np. zasada ALARA (tzn. stosować dawki tak niskie, żeby minimalizować ryzyko chorób, ale uzyskać obraz wartościowy diagnostycznie). Osoby bardzo młode z uwagi na intensywny rozwój organizmu są nawet kilkanaście razy bardziej narażone na negatywne skutki promieniowania jonizującego w stosunku do osób dorosłych, co znajduje coraz częstsze potwierdzenie w publikacjach, a ponadto stanowi kluczowy element dla prawidłowej profilaktyki chorób nowotworowych. Projekt badawczy ma na celu ocenę zagrożenia, jakie niesie diagnostyczne promieniowanie X dla pacjentów w bardzo młodym wieku, tzn. noworodków i małych dzieci, na podstawie badania zmian biochemicznych kośćca modelu zwierzęcego z wykorzystaniem nowoczesnych metod spektroskopowych. Oszacowany zostanie wpływ dawek diagnostycznych stosowanych w klasycznej rentgenodiagnostyce oraz tomografii komputerowej na pojawianie się uszkodzeń lub dysfunkcji metabolicznych mogących prowadzić do indukcji zmian nowotworowych na podstawie dostępnych zaleceń prawnych określających maksymalną dawkę, jaką można zdeponować jednorazowo. 13 Przewidywane wyniki badań projektu pomogą stwierdzić, w jakim stopniu dawki diagnostycznego promieniowania X są bezpieczne dla osób w bardzo młodym wieku, określając granicę między szkodą a pożytkiem i uściślając tym samym poziom dopuszczalnych dawek maksymalnych. Popularyzacja wyników badań przyczyni się do podniesienia świadomości personelu medycznego, a to z kolei uczuli personel zlecający i wykonujący badania rentgenograficzne na to, aby nie stały się one przyczyną przykrych następstw dla zdrowia pacjentów. KATARZYNA CZARNECKA Śląski Uniwersytet Medyczny, Wydział Lekarski Katedra i Klinika Chorób Wewnętrznych, Autoimmunologicznych i Metabolicznych, Centrum Badawczo-Rozwojowe American Heart of Poland [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Procedury hybrydowe wykonywane u chorych z wielonaczyniową chorobą wieńcową SKRÓCONY OPIS BADAŃ Przezskórna angioplastyka wieńcowa z implantacją stentu oraz rewaskularyzacja chirurgiczna to obecnie stosowane metody leczenia choroby wieńcowej. Połączenie tych dwóch technik może zapewnić optymalny sposób postępowania terapeutycznego. Wykorzystanie technik chirurgii małoinwazyjnej, takich jak MIDCAB, umożliwia prowadzenie procedur na bijącym sercu, bez użycia krążenia pozaustrojowego, z zachowaniem ciągłości klatki piersiowej. Logicznym wydaje się połączenie techniki MIDCAB w celu wszczepienia pomostu LIMA-LAD lub LIMA-D1, z możliwością implantacji stentów do pozostałych segmentów tętnic wieńcowych, tj. do prawej tętnicy wieńcowej oraz do tętnicy okalającej. Innowacyjną stroną tego projektu jest jednoczasowość wykonywanych procedur – podczas jednego znieczulenia wykonuje się zabieg hybrydowy. Rezultatem jest pełna rewaskularyzacja naczyń wieńcowych, skrócenie czasu leczenia i hospitalizacji, szybka rehabilitacja i powrót do pracy. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Planowane jest powstanie nowoczesnego Sercowo-Naczyniowego Centrum Edukacji Endoskopowej i Endowaskularnej. W realizacji przedsięwzięcia zostanie wykorzystane dotychczas zdobyte doświadczenie CBR AHP w organizacji konferencji i warsztatów. Podczas sesji, dzięki wykorzystaniu szerokopasmowych złącz internetowych, lekarze będą mogli niemalże na żywo uczestniczyć w procedurach zabiegowych, doskonaląc swój warsztat zawodowy. Doświadczenia nabyte podczas organizacji takich warsztatów można wykorzystać poprzez transfer technologii, wspomagając inne ośrodki naukowo-medyczne na Śląsku w tworzeniu podobnych infrastruktur teleinformatycznych. Bardzo ważnym rezultatem gospodarczym dla województwa śląskiego może być nasilenie się zjawiska turystyki medycznej, w celu nabycia przez pacjentów z innych krajów usługi zdrowotnej wysokiej jakości po konkurencyjnej cenie. Istotne jest więc inwestowanie w technologie medyczne, dzięki którym możliwy jest wzrost innowacyjności województwa śląskiego. 14 MARTA DANCH-WIERZCHOWSKA Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Automatyczna fuzja obrazów medycznych w warunkach dużych odkształceń dla zastosowań diagnostyki nowotworów piersi SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zadaniem fuzji obrazów medycznych jest uzyskanie informacji komplementarnej, wynikającej ze złożenia wyników dwóch typów badań. Badania obrazowe rezonansu magnetycznego (MR – Magnetic Resonance), ze względu na dużą rozdzielczość i czułość, stanowią podstawowe narzędzie oceny zmian anatomicznych w obrębie tkanek miękkich. Nałożenie na obraz MR obrazu z badania funkcjonalnego pozytronowej tomografii komputerowej (PET – Positron Emission Tomography) pozwoli na określenie metabolizmu zmian widocznych w badaniu MR. W obu typach badań ułożenie pacjentki różni się – w jednym pacjentka leży na plecach, w drugim ułożona jest na brzuchu, a piersi umieszczone są w specjalnych cewkach wzmacniających jakość uzyskiwanego obrazu. Praca ma na celu stworzenie oprogramowania umożliwiającego jednoznaczne przekształcenia obu obrazów do wspólnej przestrzeni. Jednoznaczne zestawienie informacji z wymienionych powyżej badań, w postaci fuzji obrazów, pozwoli na uzyskanie pełnej informacji diagnostycznej. 15 Stworzone oprogramowanie będzie w dużym stopniu automatyczne, co pozwoli na jednoczesne przetwarzanie dużych zbiorów danych wykorzystywanych np. w analizie retrospektywnej. Skróci to czas oczekiwania na wyniki, jak również samą diagnozę, umożliwiając szybsze leczenie, co nie jest bez znaczenia w bieżącym procesie diagnostycznym oraz terapeutycznym. Automatyczne oprogramowanie, które nie wymaga wyszkolenia dodatkowego operatora, lecz może być stosowany przez istniejący personel oraz na istniejącym w placówce leczniczej sprzęcie, ma zdecydowanie większą szansę na praktyczne zastosowanie kliniczne. Dodatkowo oprogramowanie umożliwiające precyzyjne przekształcenia obrazu pozwoli na przeprowadzanie badań we względnie wygodnej dla pacjenta pozycji, a nie jak do tej pory w umożliwiającej najlepsze porównanie wyników badań. Poprawi to komfort badań i tak wystarczająco męczących, zarówno fizycznie, jak i psychicznie. Dodatkowo wyniki fuzji obrazów pozwolą chirurgowi na dokładną lokalizację guza oraz określenie struktury jego oraz tkanek otaczających, co spowoduje powszechniejsze stosowanie częściowej mastektomii (zachowującej pierś), a nie całkowitej jak do tej pory. Będzie to miało niebagatelny wpływ na kondycję psychiczną pacjentów i ich otoczenia. MARZENA DOŁBNIAK Politechnika Śląska, Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki Zakład Inżynierii Systemów [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Metody obliczeniowe w analizie ewolucji heterogenicznych populacji komórek nowotworowych i ich odpowiedzi na różne formy terapii SKRÓCONY OPIS BADAŃ Komórki ludzkie, zarówno w organizmie, jak i hodowli komórkowej, wykazują się znacznym zróżnicowaniem morfologii, kinetyki oraz odpowiedzi na zewnętrzne wymuszenia. Heterogeniczność powoduje m.in. zwiększenie odporności populacji komórkowych, a w efekcie całego organizmu, na zmieniające się warunki zewnętrzne. Z jednej strony pozwala ona np. na efektywne zwalczenie infekcji w organizmie, ale z drugiej strony jest przeszkodą w efektywnym leczeniu nowotworów. Większa heterogeniczność populacji komórek nowotworowych oznacza bowiem mniejszą skuteczność stosowanych protokołów chemo- bądź radioterapii. Badania, prowadzone w ramach pracy doktorskiej, mają na celu zrozumienie mechanizmów decydujących o heterogeniczności komórek zdrowych i nowotworowych, w tym również tych związanych z komunikacją międzykomórkową i jej powiązań z karcynogenezą. Zostaną opracowane nowe modele: stochastyczne oraz przestrzenne. Opracowane modele pozwolą na lepsze odwzorowanie rzeczywistości w badaniach symulacyjnych. Zrozumienie heterogenicznego charakteru odpowiedzi komórkowych na stres jest niezbędnym warunkiem postępu zarówno w biologii, jak i medycynie. Ukierunkowanie tej heterogeniczności wniesie duży wkład również do nowej dziedziny inżynierii, jaką jest biologia syntetyczna. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Planowane badania mają na celu opracowanie z jednej strony narzędzi bioinformatycznych pozwalających na wyznaczanie parametrów modeli matematycznych, opisujących dynamikę wzrostu nowotworów i źródła heterogeniczności populacji komórek nowotworowych, a z drugiej metod obliczeniowych do badania wpływu różnych form oraz protokołów terapii na wielkość i charakter tych populacji. Opracowane metody i narzędzia pozwolą zarówno na zdobycie nowej wiedzy dotyczącej związków pomiędzy heterogenicznością komórek nowotworowych a prognozowanymi wynikami terapii, jak i na wykorzystanie wniosków płynących z analiz obliczeniowych do zmian w dotychczas stosowanych protokołach leczenia i wskazanie możliwych kierunków indywidualizowania terapii. 16 KAROLINA GAJDA Politechnika Śląska, Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki Centrum Biotechnologii, Bioinżynierii i Bioinformatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Cykl komórkowy a odpowiedź komórek nowotworowych i prawidłowych na stres oksydacyjny SKRÓCONY OPIS BADAŃ Radioterapia jest jedną z głównych metod leczenia chorób nowotworowych. Jednak jej zastosowanie jest zawsze związane z ryzykiem wczesnych i późnych powikłań popromiennych, przy czym ryzyko to jest zależne od indywidualnych cech i podłoża genetycznego pacjenta. Mechanizmy powikłań popromiennych nie są w pełni poznane. Prowadzone badania skupiają się na szukaniu zależności pomiędzy reaktywnymi formami tlenu ROS (Reactive Oxygen Species), a zmianą cyklu komórkowego oraz miRNA w wyniku ekspozycji komórek na promieniowanie jonizujące. Celem pracy doktorskiej jest określenie mechanizmu odpowiedzi komórkowej na promieniowanie jonizujące i zahamowanie cyklu komórkowego oraz identyfikacje zmieniających poziom miRNA zaangażowanych w tę odpowiedź. Eksperymenty są przeprowadzane na liniach komórkowych nowotworowych (Hct116, Me45, K562) oraz prawidłowych (NHDF). Porównywana jest kinetyka indukowania i zanikania ROS, a także oceniona przeżywalność komórek i typów śmierci w komórkach poddanych działaniu jonizującemu lub po zahamowaniu cyklu komórkowego. Identyfikacja miRNA, których poziom zmienia się pod wpływem promieniowania jonizującego lub zahamowania cyklu komórkowego, pozwoli na zbadanie roli miRNA w odpowiedzi komórkowej na te dwa czynniki. Zarówno zachowanie po ekspozycji na promieniowanie, jak i zahamowanie cyklu komórkowego komórek różnego typu, o różnych cechach morfologicznych, może być nieraz 17 całkowicie odmienne, prowadząc do zwiększonej proliferacji, zatrzymania cyklu komórkowego lub apoptozy. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Pomimo zainteresowania tematyką odpowiedzi komórek na promieniowanie jonizujące jest niewiele prac, gdzie prezentuje się systemowe podejście do badań. W doniesieniach literaturowych brak jest informacji na temat związku indukcji reaktywnych form tlenu oraz zmian miRNA w cyklu komórkowym lub po napromienieniu. Wiedza ta jest niezbędna do przewidzenia odpowiedzi komórkowej na to promieniowanie oraz dostosowania odpowiednich dawek i sposobów dawkowania promieniowania podczas radioterapii. Wyniki badań przyczynią się do lepszego zrozumienia mechanizmów odpowiedzi komórkowej na promieniowanie jonizujące. TOMASZ GAWEŁ Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Opracowanie technologii wytwarzania oraz badanie struktury i własności innowacyjnych porowatych materiałów biomimetycznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem projektu jest opracowanie autorskiej technologii wytwarzania oraz badanie, poznanie i opis struktury, a także spodziewanych unikatowych własności innowacyjnych porowatych materiałów biomimetycznych wytworzonych metodą selektywnego spiekania laserowego (Selective Laser Sintering – SLS) do zastosowania jako implanty w przypadku ubytków podniebienia. Harmonogram prac obejmuje: a. Etap kliniczny: pobranie wycisków gipsowych od pacjentów z ubytkami podniebienia. b. Etap projektowy: zaprojektowanie modelu wirtualnego (3D) odwzorowującego ubytek w wycisku gipsowym. c. Etap wytwórczy: wytworzenie z proszku tytanu zaprojektowanego modelu (porowate rusztowanie) z zastosowaniem urządzenia do selektywnego spiekania laserowego i wtryśnięcie pod ciśnieniem w pory powierzchni tytanowego rusztowania polimeru z grupy akrylanów i/lub elastomerów. d. Etap badawczy: eksperymenty materiałoznawcze obejmujące analizę struktury fazowej, składu chemicznego, zmian stężenia pierwiastków na linii: warstwa powierzchniowa–rdzeń, badania mikroskopowe, badania powierzchni właściwej chropowatości i porowatości oraz wybranych własności mechanicznych nowo opracowanych innowacyjnych porowatych materiałów biomimetycznych, tj. materiałów, których funkcjonalne odpowiedniki, w postaci kości i tkanek miękkich, występują w naturze w organizmie ludzkim. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Efektem końcowym realizacji projektu będzie przede wszystkim otrzymanie innowacyjnych porowatych materiałów biomimetycznych, które będą: lekkie, porowate, chropowate i biokompatybilne. Ważnym elementem jest bliższe poznanie i opis metodyki wytwarzania nowoczesnych materiałów wytworzonych z proszków metalowych metodą SLS poddanych procesowi wtryskiwania w pory powierzchniowe spieczonego laserowo rusztowania tworzyw termoplastycznych z grupy akrylanów i/lub elastomerów. Projekt ma również służyć poznaniu i opisowi struktury, a także własności nowo opracowanych materiałów, mających znaleźć zastosowanie jako implanty w przypadku ubytku podniebienia u pacjentów. Istotnym elementem jest też możliwość dalszych badań klinicznych mających na celu umożliwienie w dalszej perspektywie czasowej wszczepiania takiego implantu pacjentom z ubytkiem w podniebieniu. Niewątpliwie możliwość wprowadzenia tak zaprojektowanych implantów na rynek znacznie poprawi jakość życia pacjentów z ubytkiem podniebienia. 18 AGNIESZKA GAWLAS-MUCHA Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych Zakład Materiałów Nanokrystalicznych i Funkcjonalnych oraz Zrównoważonych Technologii Proekologicznych [email protected]; [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Biozgodne stopy magnezu z wapniem o regulowanej szybkości rozpuszczania SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Stopy magnezu są nową klasą materiałów biodegradowalnych, inaczej bioresorbowalnych, biomateriałów do zastosowań ortopedycznych. Potencjalne korzyści płynące z własności stopów Mg to wartość modułu sprężystości zbliżona do sprężystości kości. Biokompatybilność i własności aktywne dla kości oraz eliminacja zabiegu wyjęcia implantu z organizmu dzięki jego regulowanej rozpuszczalności w ciele pacienta są głównymi zaletami zastosowania tego stopu. Celem naukowym prowadzonej pracy jest zbadanie własności i struktury nowoczesnych biodegradowalnych, ultralekkich stopów na bazie magnezu. Zadaniem technologicznym jest opracowanie sposobu odlewania poprzez odpowiedni dobór parametrów procesu. Kolejnym etapem pracy jest prowadzenie badań i sprawdzenie zdolności otrzymanego stopu do przeróbki plastycznej, a także określenie jego parametrów fizykochemicznych przed i po obróbce. Ważnym aspektem badań są badania mechaniczne i korozyjne, które skierują nowe światło na własności otrzymanego stopu, biokompatybilność i biodegradowalność. 19 Głównym celem aplikacyjnym w przyszłości badanych stopów jest wykorzystanie ich głównie jako materiały do zastosowań ortopedycznych. Jednakże pobocznymi aplikacjami mogą stać się elementy urządzeń, które mają dobre własności wytrzymałościowe przy względnie małej masie. MICHALINA GRAMATYKA Centrum Onkologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie Oddział w Gliwicach [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Metformina i resweratrol jako potencjalne czynniki przeciwdziałające kardiotoksycznym efektom promieniowania jonizującego i antracyklin SKRÓCONY OPIS BADAŃ Wraz z doskonaleniem metod wykorzystywanych w terapii chorób nowotworowych wydłużył się czas przeżycia pacjentów po pomyślnie zakończonym leczeniu onkologicznym. Coraz częściej ujawniają się jednak długoterminowe efekty uboczne leczenia, dotyczące między innymi uszkodzeń układu sercowo-naczyniowego (tzw. kardiotoksyczność). Szacuje się, że zaburzenia sercowe o różnym natężeniu wynikające bezpośrednio z leczenia onkologicznego mogą wystąpić nawet u około 30% pacjentów. W związku z ryzykiem uszkodzenia układu sercowo-naczyniowego podczas leczenia onkologicznego istnieje konieczność zastosowania skutecznych metod zapobiegawczych. Obecnie podstawową strategią zmniejszenia ryzyka niepożądanych efektów kardiotoksycznych jest monitorowanie stężenia biomarkerów skorelowanych ze stopniem uszkodzenia serca, jednak pomiary markerów umożliwiają jedynie kontrolowanie dawki, a nie zapobieganie uszkodzeniom serca. Alternatywą staje się zastosowanie środków o charakterze kardioprotekcyjnym, łagodzących bądź całkowicie niwelujących toksyczny wpływ terapii przeciwnowotworowej na serce. W badaniach biomedycznych testowanych jest wiele substancji o aktywności cytoprotekcyjnej. Należą do nich między innymi resweratrol i metformina, których właściwości sugerują możliwą aktywność kardioprotekcyjną i potencjalne działanie osłonowe w przypadku stosowania w trakcie terapii onkologicznej. Przedmiotem badań jest ocena, czy potencjalne czynniki cytoprotekcyjne, metformina i reswe- ratrol, redukują toksyczny wpływ antracyklin i promieniowania jonizującego na komórki sercowe (ludzkie kardiomiocyty w hodowli in vitro), oraz jaki jest mechanizm ich hipotetycznego działania kardioprotekcyjnego. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zastosowanie związków kardioprotekcyjnych, ograniczających toksyczne efekty uboczne terapii przeciwnowotworowej, może stać się istotnym rozwiązaniem problemu kardiotoksyczności. Wiele danych literaturowych wskazuje, że zastosowanie czynników kardioprotekcyjnych w trakcie radiolub chemioterapii może pozwolić na obniżenie toksyczności terapii względem komórek sercowych. Co więcej, zastosowanie niektórych kardioprotektantów jest w stanie zwiększyć skuteczność samej terapii nowotworowej. 20 PRZEMYSŁAW HAHN Politechnika Śląska Wydział Chemiczny [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Badania nad biosyntezą 2-deoksyglikozydów z udziałem 2-glikozydaz i ocena ich aktywności biologicznej SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zakres prowadzonych w ramach projektu badań dotyczy nowatorskich rozwiązań związanych z enzymatyczną syntezą 2-deoksyglikozydów. Praca dotyczy wykorzystania materii odpadowej na bazie węglowodanów jako surowca mającego istotne składniki medium hodowlanego do produkcji preparatu enzymatycznego. Zastosowane techniki hodowli na podłożu stałym (Solid State Fermentation) zapewniają ekonomiczne pozyskanie enzymów wykorzystywanych do syntezy glikozydów. Niebywałą zaletą w aspekcie syntezy glikozydów jest wysoce stereoselektywna metoda enzymatyczna wobec tradycyjnych metod chemicznych, które charakteryzują się wieloetapowością oraz niską stereoselektywnością. Kolejną zaletą stanowiącą przewagę enzymów nad katalizatorami chemicznymi jest fakt, iż synteza jest wolna od toksycznych reagentów i katalizatorów chemicznych, stanowiących duży problem w przypadku wdrożeń metod produkcji do celów farmaceutycznych, kosmetycznych czy spożywczych, gdzie odbiorcą finalnym jest człowiek. 21 Przedstawiony projekt badawczy ma na celu rozwój ukierunkowany na ochronę zdrowia ludzkiego przed chorobami grzybiczymi – drożdżycami, które dotykają niejednego z nas. Drożdżyca do dziś jest jedną z najbardziej marginalizowanych chorób. Tymczasem nawet u 80% osób mogą występować drożdżaki, które powodują np. grzybice ogólnoustrojowe, stanowiące zagrożenie dla ludzkiego układu odpornościowego. Efektem pracy będzie opracowana zarówno metodyka pozyskiwania biokatalizatora – b-glikozydaz, jak i dobrane warunki syntezy 2-deoksyglikozydów. Dzięki bezpośredniej ocenie aktywności przeciwgrzybiczej, we współpracy ze Śląskim Centrum Chorób Serca, możliwy będzie dalszy ukierunkowany rozwój badań w przedstawianym zakresie chorób grzybiczych. DOROTA HUDY Politechnika Śląska Centrum Biotechnologii, Bioinżynierii i Bioinformatyki Śląska BIO-FARMA Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Modelowanie procesów regulacji ekspresji genów komórek prawidłowych i nowotworowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem pracy doktorskiej jest stworzenie modelu regulacji ekspresji genów komórek prawidłowych oraz nowotworowych opierającego się na zależnościach miRNA – mRNA. Micro RNA mogą łączyć się z transkryptem z pełną komplementarnością i powodować degradację mRNA albo z niepełną komplementarnością powodującą blokadę translacji. W celu zbadania tych procesów przeprowadzono wiele eksperymentów badających wpływ micro RNA na mRNA oraz białko powstające z danego transkryptu. Wykorzystano plazmid psiCHECK-2 (Promega), zawierający dwa geny reporterowe: lucyferazy pochodzące od świetlika (Firefly) i renilli (Renilla reniformis). Eksperymenty te przeprowadzono na komórkach nowotworowych, badając zarówno pełną, jak i niepełną komplementarność (miRNA – mRNA). Sprawdzono poziomy mRNA genów reporterowych i poziom aktywności białka (luminescencja) przekładający się na jego ilość w badanym materiale. Dodatkowo planuje się przeprowadzenie izolacji polisomów metodą ultrawirowania w gradiencie sacharozy. Pozwoli to na określenie, czy wyselekcjonowane do badań mRNA biorą udział w intensywnym tworzeniu białek, czy może nie podlegają procesowi translacji. Kontynuowanie badań może dać odpowiedź na pytanie, dlaczego tak się dzieje, i jakie to niesie ze sobą konsekwencje. Następnie na podstawie zebranych danych zostanie opracowany model matematyczny, służący do prognozowania procesów zachodzących w komórkach, a zarazem pozwalający na określenie, czy dana pula komórek może się nadawać do dalszej hodowli w celach, np. eksperymentalnych, medycznych. Ma to znaczenie zwłaszcza w przypadku komórek nieunieuśmiertelnionych prawidłowych, które wraz z kolejnymi podziałami starzeją się i mogą tracić pożądane właściwości, np. wytwarzania konkretnych białek, bądź po prostu mogą zaniechać podziałów komórkowych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Stworzony w ramach pracy doktorskiej model może znaleźć zastosowanie np. w diagnostyce laboratoryjnej do określenia przydatności komórek do przeszczepów komórkowych, określić ich wiek biologiczny. Pozwoli również badać wpływ zmian poziomów micro RNA na poziom zmian transkryptów i ich białek. Usprawnić to może wybór genu docelowego w terapii genowej, albo sprawdzić, czy manipulacja poziomem miRNA może odwrócić niepożądane zmiany zachodzące w procesach komórkowych. 22 TOMASZ JADCZYK Śląski Uniwersytet Medyczny III Katedra, I Klinika Kardiologii [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Stężenie bioaktywnych fosfolipidów i wybranych składowych układu dopełniacza w zawale serca SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Choroby układu sercowo-naczyniowego stanowią główną przyczynę zgonów na świecie. Jedną ze strategii poszerzenia panelu terapeutycznego jest zastosowanie komórek macierzystych i progenitorowych (SPC). Dotychczas przeprowadzone badania wskazują, że u pacjentów z zawałem serca dochodzi do mobilizacji komórek macierzystych do krwi obwodowej i następczej rekrutacji do strefy okołozawałowej. Proces ten może być odpowiedzialny za naprawę miokardium, jednak na chwilę obecną wiele aspektów pozostaje niejasnych. Celem prowadzonych badań jest analiza czynników odpowiedzialnych za mobilizację komórek macierzystych ze szpiku kostnego do krwi obwodowej u pacjentów w ostrej fazie zawału mięśnia sercowego. Praca doktorska dotyczy oceny dynamiki zmian osoczowego stężenia sfingozyno-1-fosforanu (S1P), kluczowego lipidu wykazującego aktywność biologiczną oraz składowych układu dopełniacza C3a, C5a, C5b-C9. Najnowsze doniesienia naukowe wskazują na kluczowe znaczenie powyższych czynników w procesie rekrutacji SPC. Dane na temat udziału wymienionych chemoatraktantów poszerzą wiedzę teoretyczną niezbędną do prowadzenia dalszych badań, mających na celu opracowanie nowych strategii farmakoterapii. 23 Wiedza na temat wpływu bioaktywnych fosfolipidów i składowych dopełniacza może pomóc w optymalizacji strategii terapeutycznych i ewaluacji czynników prognostycznych pacjentów z zawałem serca. Uzyskane wyniki, w dalszej perspektywie, mogą przyczynić się do opracowania nowych schematów farmakoterapii z uwzględnieniem leków, które mają potencjał wzmocnienia mobilizacji komórek ze szpiku do krwi. Fingolimod, zarejestrowany i dopuszczony do obrotu agonista receptora S1P, jest jednym z potencjalnych kandydatów. Wiedza w zakresie tematycznym pracy doktorskiej ma szansę realnie wpłynąć na postępowanie diagnostyczne i terapeutyczne. Opracowanie technologii pozwalającej na bardziej skuteczną terapię zawału serca to także oszczędność dla systemu opieki zdrowotnej, co związane jest z redukcją kosztów leczenia powikłań przewlekłych, wśród których niewydolność serca stanowi główny problem. Podstawowym założeniem prowadzonych badań jest wzrost potencjału naprawczego komórek macierzystych. PRZEMYSŁAW JĘDRUSIK Uniwersytet Śląski [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: System do automatycznej identyfikacji i klasyfikacji wybranych gatunków pasożytów SKRÓCONY OPIS BADAŃ Cały projekt opiera się na akwizycji, przetwarzaniu i analizie danych mikroskopowych. Do analizy, weryfikacji, selekcji i klasyfikacji obrazów medycznych zostaną użyte algorytmy genetyczne, sztuczne sieci neuronowe, szeroko rozumiane klasyczne i nieklasyczne (nieparametryczne) metody statystyczne. Analizowane dane medyczne w postaci obrazów mikroskopowych obejmują różne grupy pasożytów znajdujących się w różnych stadiach rozwojowych. Zróżnicowanie materiału badawczego umożliwi kompleksową analizę i gwarantuje obiektywne wyniki badań. Powstały w trakcie analizy danych medycznych system umożliwi wygenerowanie automatycznej podpowiedzi analizującemu materiał badawczy. Skuteczna i ekonomiczna walka z pasożytami jest kluczowym elementem działalności wielu przedsiębiorstw w województwie śląskim, poczynając od specjalistycznych laboratoriów diagnostycznych, szpitali, kończąc na stacjach epidemiologicznych. Zgromadzenie odpowiedniej bazy danych pozwoli na skuteczne ocenianie również całych terapii, leczenia pacjentów. Daje to ogromne możliwości wirtualnej nauki dla lekarzy, obserwacji działania danych grup bakterii czy pasożytów, podejmowania decyzji na każdym etapie, jak również jeszcze na etapie niezaordynowania odpowiedniego leczenia. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ System ma na celu umożliwienie firmie, której zadaniem jest przygotowanie wyników badań nad zagrożeniami bakteryjnymi, czy też pasożytniczymi, przy użyciu dokładnej analizy, identyfikacji i klasyfikacji, zwiększenie trafności i skuteczności prowadzonych badań. Narzędzie to umożliwi wizualną prezentację wyników, których odpowiednia ocena ma olbrzymi wpływ na mieszkańców naszego województwa. W wielu przypadkach analiza materiału biologicznego nastręcza niebagatelnych trudności, jak również nakładów finansowych, związanych z wieloetapową i żmudną analizą. Zaprojektowany system będzie umożliwiał znaczną redukcję ponoszonych nakładów finansowych przez laboratoria diagnostyczne czy stacje epidemiologiczne. Zainteresowanie jest tym większe, gdyż składają się na to wszelkiego typu zanieczyszczenia i zagrożenia, których wpływ na zdrowie i życie mieszkańców jest niezwykle istotny. Rozszerzenie możliwości analizy, zwiększenie zakresu prowadzonych analiz pozwolą na gruntowne i wielorakie przebadanie materiału, dając w efekcie paletę wyników wielu podejrzewanych zagrożeń. Natychmiastowy dostęp do wyników, uchroni przed powikłaniami i umożliwi wdrożenie bardzo szybko odpowiedniej terapii, co jest w dzisiejszych, trudnych ekonomicznie czasach najbardziej pożądanym aspektem szeroko rozumianej ochrony zdrowia. 24 MAGDALENA JĘDZIEROWSKA Uniwersytet Śląski Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Wykorzystanie metod analizy i przetwarzania obrazów w ocenie i diagnostyce parametrów biomechanicznych rogówki SKRÓCONY OPIS BADAŃ Odpowiadając na zapotrzebowanie środowiska medycznego, w badaniach zajęto się analizą obrazów oraz parametrów biomechanicznych rogówki, pochodzących z urządzenia Corvis ST, będącego jednym z dwóch komercyjnie dostępnych na świecie tonometrów bezkontaktowych, pozwalających na wyznaczenie parametrów biomechanicznych oka i jednocześnie jedynym nagrywającym ruch rogówki podczas jej odkształcenia na wysokorozdzielczym filmie wideo. Tonometry bezkontaktowe, pozwalające na pomiar ciśnienia wewnątrzgałkowego, stosowane są w badaniach przesiewowych m.in. w kierunku wczesnego rozpoznawania jaskry. Nowoczesny tonometr Corvis ST dostarcza ponadto informacje o grubości rogówki oraz wielu parametrów biomechanicznych rogówki, dotychczas niedostępnych dla tradycyjnych urządzeń. Niestety te wciąż nowe parametry wymagają szczegółowych badań oraz analiz, tak aby mogły być rzetelnym kryterium wspomagającym lekarzy w diagnozowaniu chorób oczu. Celem pracy jest stworzenie oprogramowania, które umożliwi, w pełni automatyczny sposób, wyznaczenie oraz analizę parametrów biomechanicznych rogówki oka na podstawie jej obrazów, pochodzących z tonometru Corvis ST. Głównym zadaniem jest opracowanie nowatorskiego algorytmu, umożliwiającego automatyczną analizę sekwencji obrazów odkształcenia rogówki pod wpływem strumienia powietrza i wydobycie wyników ilościowych dotyczących parametrów biomechanicznych. Algorytm będzie wykorzystywać 25 znane obecnie oraz nowe techniki przetwarzania obrazów, które umożliwią powtarzalną i automatyczną analizę obrazów rogówki. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W województwie śląskim istnieje wiele placówek medycznych, posiadających nowoczesny tonometr Corvis ST. Jednakże, co zauważają sami lekarze okuliści, potencjał techniczny tego urządzenia, a zwłaszcza możliwość pozyskania parametrów biomechanicznych, jest wykorzystywany jedynie w niewielkim stopniu. Interpretacja, tych wciąż nowych dla lekarzy danych, dostarcza wielu problemów. Prezentowane badania dają lekarzom szansę wskazania większej liczby danych diagnostycznych, pozyskiwanych z obrazu rogówki, a tym samym umożliwiają poprawę dokładności stawianej diagnozy. Klasyfikacja opracowanych parametrów będzie pomocna m.in. w korekcji wartości ciśnienia wewnątrzgałkowego, tak aby pozyskiwana wielkość była rzeczywista, niezaburzona zmienną grubością rogówki oraz innymi właściwościami mechanicznymi. Bez wątpienia wyniki badań przyczynią się do innowacyjności i konkurencyjności placówek, w których zostaną wdrożone, co tym samym korzystnie wpłynie na rozwój i poziom oferowanych świadczeń medycznych na terenie całego województwa śląskiego. KATARZYNA KRAL Politechnika Śląska Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Organicznej, Bioorganicznej i Biotechnologii [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Synteza i ocena aktywności biologicznej pochodnych urydyny jako potencjalnych środków przeciwgrzybiczych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Syntaza chitynowa jako cel molekularny przy projektowaniu potencjalnych terapeutyków w tym środków przeciwgrzybiczych stanowi aktualnie obszar zainteresowania wielu grup badawczych. Wynika to z funkcji, jaką enzym pełni w komórce grzyba. Fakt, iż chityna nie jest składnikiem ludzkiej komórki, powoduje, że związki hamujące jej syntezę bądź w znacznym stopniu obniżające aktywność syntazy chitynowej stają się potencjalnymi środkami przeciwgrzybiczymi. Daje to szansę na pozyskanie substancji o selektywnym działaniu, a więc bezpiecznych dla zdrowych komórek. Prowadzone badania realizowane są etapami, na które składają się: zaprojektowanie struktury cząsteczek, modelowanie komputerowe i optymalizacja zaprojektowanych struktur, synteza chemiczna, wydzielenie i oczyszczenie związków, potwierdzenie ich struktury. Ponadto w ramach badań wyizolowany zostanie enzym i przeprowadzona ocena aktywności biologicznej finalnych produktów. Specyfika związków wykorzystywanych w badaniach, jakimi są pochodne cukrowe, wymaga kilkuetapowych syntez, włącznie z reakcjami protekcji i deprotekcji odpowiednich grup funkcyjnych. Jest to niezbędne do zachowania regioselektywności reakcji i otrzymania pożądanej struktury produktu. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Oczekuje się, że syntezowane w ramach pracy analogi naturalnych antybiotyków wykażą aktywność przeciwgrzybiczą i zostaną kandydatami na insektycydy lub terapeutyki. Aby było to możliwe, konieczne jest opracowanie wydajnych metod syntezy substratów wykorzystywanych w reakcjach. Prowadzone w nowatorski sposób badania m.in. z wykorzystaniem reaktora mikrofalowego oraz z wykorzystaniem metod spektroskopowych mogą w znacznym stopniu przyczynić się do wzrostu innowacyjności procesu, a przez to podnieść konkurencyjność firm województwa śląskiego wykorzystujących opracowane procedury. Warto podkreślić, iż syntezowane pochodne urydynowe stale cieszą się dużym zainteresowaniem na światowych rynkach, a z uwagi na ich trudną dostępność takie wdrożenia w obszarze fine chemicals byłyby dużą szansą dla poprawy sytuacji na rynku śląskich firm sektora biotechnologicznego i farmaceutycznego. 26 ŁUKASZ KRÓL Politechnika Śląska [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Nowe narzędzia do poszukiwania miejsc wiązania miRNA i innych „niekodujących” cząsteczek RNA na bazie adnotacji do 1000 genomów z uwzględnieniem mechanizmów modyfikacji potranskrypcyjnej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Ekspresja genów jest jednym z podstawowych mechanizmów funkcjonowania komórek – procesem, w ramach którego przechowywana w DNA informacja jest zamieniana za pośrednictwem między innymi mRNA (messenger RNA) na pełniące określone role białka. Proces ten nie zachodzi ze stałą intensywnością, lecz jest odpowiedzią na aktualne zapotrzebowanie komórki. Do niedawna uważano, że cząsteczkami regulującymi ten proces i samym jego produktem są właśnie wyłącznie białka. Zgodnie z obecnym stanem wiedzy w procesie tym uwzględnić należy – zarówno jako mechanizm regulujący, jak i jako produkt – całą rodzinę „niekodujących” cząsteczek RNA takich, jak miRNA. Znanych jest obecnie ponad 30 000 cząsteczek miRNA występujących u ponad 200 gatunków. Mechanizm, którym miRNA wpływają na ekspresję genów, nie jest do końca poznany. Wprowadzając uproszczenie, można powiedzieć, że miRNA posiadają swoje miejsca wiązania w regulowanym genie, przy czym mogą one znajdować się zarówno w jego obszarach wpływających bezpośrednio na strukturę produktu (eksonach), obszarach bezpośrednio kontrolujących ekspresję (promotorach), jak i niekodujących intronach, a nawet obszarach międzygenowych. W połączeniu z faktem, że dopasowanie między miRNA a jego celem nie jest idealne, sprawia to, że problem przewidywania miejsc wiązania miRNA nie jest wyczerpany. Jednymi z licznych procesów regulowanych przez miRNA są mechanizmy naprawy DNA. Ich zmniejszona skuteczność jest utożsamiana z podatnością organizmu na choroby nowotworowe. W pierwszej fazie badań przeanalizowano – uzupełniając 27 występujące w zbiorze braki danych – zbiór polimorfizmów DNA w poszukiwaniu tych znacząco powiązanych z radiowrażliwością. Analizowane są one obecnie pod kątem występowania miejsc wiązania miRNA. W tym celu planowane jest wykorzystanie zbioru wielu genomów, np. z projektu 1000 Genomów, w celu zwiększenia mocy badań. Sam rozmiar badanych danych pociąga za sobą wiele problemów technicznych wymagających wykorzystania specjalistycznego oprogramowania do analizy danych o rozmiarze tego rzędu. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Identyfikacja miejsc w genomie powiązanych z podatnością na zachorowanie na nowotwory oraz radiowrażliwością pomogłaby w stworzeniu testów pozwalających na wykrycie wśród pacjentów grup ryzyka oraz indywidualizację leczenia. Wiedza na temat mechanizmów wpływu miRNA na ekspresję genów może pozwolić na stworzenie nowych leków regulujących ekspresję właśnie za pomocą miRNA. Samo doświadczenie z analizy dużych zbiorów danych może zostać wykorzystane w innych obszarach, np. technologiach informacyjnych i telekomunikacyjnych. ALEKSANDRA KRZYWOŃ Politechnika Śląska [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Rola sygnalizacji międzykomórkowej w odpowiedzi na promieniowanie ultrafioletowe SKRÓCONY OPIS BADAŃ Komórki naszego organizmu doznają stresu, głównie oksydacyjnego, nie tylko w wyniku oksydacyjnych procesów metabolicznych, ale także pod wpływem zewnętrznych czynników fizycznych takich, jak promieniowanie UV, promieniowanie jonizujące i wiele innych czynników chemicznych (leki, czynniki środowiska). W obszarze moich zainteresowań znajduje się promieniowanie ultrafioletowe, które oprócz dobroczynnego wpływu na organizm człowieka jest odpowiedzialne za indukcje nowotworów skóry, z których bardzo niebezpieczny jest czerniak złośliwy. Promieniowanie UV, które może uszkadzać komórki skóry bezpośrednio, może także indukować popromienny efekt sąsiedztwa (bystander effect) – zjawisko obserwowane w komórkach, które nie były bezpośrednio napromieniowane, lecz otrzymały sygnały (głównie uszkadzające) wysyłane przez komórki napromieniowane. Celem moich badań jest zbadanie występowania efektu sąsiedztwa po ekspozycji na trzy pasma promieniowania UV (UVA, UVB i UVC) oraz poszukiwanie mechanizmów odpowiedzialnych za to zjawisko. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Badania mogą mieć duże znaczenie medyczne. Jeżeli efekt sąsiedztwa występuje po UV i ma charakter uszkadzający, może on także brać udział w indukowaniu mutacji i transformacji nowotworowej nie tylko w komórkach skóry, bowiem sygnały molekularne odpowiedzialne za to zjawisko mogą prawdopodobnie docierać do komórek oddalonych od miejsc eksponowanych na UV. Jeżeli badania in vitro wykażą, jaki charakter mają cząsteczki sygnalizacyjne, będzie to wskazówką, jak należałoby opracować schematy postępowania w kierunku radioprotekcji przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego z uwzględnieniem efektu sąsiedztwa (współpraca z Centrum Onkologii, Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, oddział w Gliwicach). 28 MARCIN KUBECZKO Śląski Uniwersytet Medyczny [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Ocena związku między stężeniem wybranych cytokin i witaminy D u pacjentów z przewlekłą białaczką limfocytową SKRÓCONY OPIS BADAŃ Przewlekła białaczka limfocytowa (chronic lymphocytic leukemia, CLL) jest najczęstszą postacią białaczki w Europie i Ameryce Północnej. Jest to choroba nowotworowa limfocytów dojrzałych morfologicznie, występujących we krwi obwodowej, szpiku kostnym, węzłach chłonnych i innych narządach. Przewlekła białaczka limfocytowa posiada kilka wyjątkowych cech wyróżniających ją spośród innych nowotworów. W momencie diagnozy często podejmuje się decyzję o dalszej obserwacji, a nie rozpoczęciu leczenia. Ponadto istotny wpływ stymulujący proliferację komórek białaczkowych ma otaczające je mikrośrodowisko, w tym komórki dendrytyczne i limfocyty T, które mogą oddziaływać bezpośrednio lub poprzez wydzielane cytokiny. Stężenia cytokin są regulowane między innymi przez witaminę D, która oprócz wpływu na gospodarkę wapniowo-fosforanową, wodno-elektrolitową i hormonalną wykazuje liczne działanie plejotropowe, w tym na zjawiska związane z proliferacją i różnicowaniem komórek należących do układu immunologicznego. Wykazano, że niedobór witaminy D zwiększa ryzyko wystąpienia nie tylko osteoporozy, ale także wielu chorób nowotworowych, autoimmunologicznych i sercowo-naczyniowych. Niedobór witaminy D wiąże się także z gorszym rokowaniem pacjentów z przewlekłą białaczką limfocytową: skraca czas przeżycia całkowitego oraz czas do konieczności rozpoczęcia chemioterapii. W projekcie badany jest związek pomiędzy witaminą D oraz cytokinami w grupie pacjentów z przewlekłą białaczką limfocytową. Brane są pod uwagę zarówno wyjściowe 29 stężenia witaminy D oraz cytokin oznaczanych metodą multiplex, w tym m.in.: IFN-γ, IL-1β, IL-1ra, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-12, IL-13, IL-15, IL-17, IP-10, MCP-1, MIP-1α, MIP-1β, TNF-α, jak i zmiany zachodzące pod wpływem uzupełniania niedoboru witaminy D. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Trwają poszukiwania zarówno nowych metod leczniczych, jak i czynników prognostycznych oraz predykcyjnych dla pacjentów z przewlekłą białaczką limfocytową, która jest obecnie chorobą nieuleczalną, o wysoce zróżnicowanym przebiegu. Poszczególne cytokiny mogą stać się celem terapeutycznym oraz zostać wykorzystane do planowania leczenia już znanymi substancjami. Z kolei niedobór witaminy D jest potencjalnie pierwszym modyfikowalnym czynnikiem prognostycznym w przewlekłej białaczce limfocytowej. ANNA KWIATKOWSKA-MAZUREK Śląski Uniwersytet Medyczny Studium Doktoranckie Wydziału Lekarskiego w Katowicach [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Ocena przydatności badania rezonansu magnetycznego z uwzględnieniem nowoczesnych technik w diagnostyce raka gruczołu krokowego w populacji Górnego Śląska SKRÓCONY OPIS BADAŃ Projekt jest związany z diagnostyką obrazową raka gruczołu krokowego w rezonansie magnetycznym. Celem pracy było wczesne wykrycie raka gruczołu krokowego w badanej grupie mieszkańców Górnego Śląska poprzez poszerzenie podstawowej diagnostyki o badanie MR. Rak gruczołu krokowego jest drugim pod względem zapadalności po raku płuc i trzecim pod względem przyczyny zgonu nowotworem w męskiej populacji w Polsce. W związku z wprowadzeniem w latach 90. do profilaktyki PSA odnotowano wzrost liczby zachorowań na raka prostaty. Umieralność z powodu raka gruczołu krokowego w ostatnich latach obniżyła się o około 40%. Częstość występowania raka gruczołu krokowego zwiększa się z wiekiem. W badanej grupie mieszkańców Górnego Śląska częstość występowania raka gruczołu krokowego była największa u mężczyzn powyżej 60 roku życia. Badanie MR prostaty jest wykonywane u pacjentów z podejrzeniem raka w badaniu fizykalnym, u pacjentów z wysokim PSA, nieprawidłowym wynikiem badania ultrasonograficznego i nieprawidłowym wynikiem biopsji. Przednia część strefy przejściowej jest trudno dostępna w badaniu fizykalnym i w biopsji, dlatego powinna być oceniana w badaniu MR. Wskazaniem do badania MR jest ocena nacieku torebki gruczołu i pęcherzyków nasiennych. W badaniu MR ocenia się stopień zaawansowania procesu nowotworowego, planuje się leczenie i ocenia efekty leczenia. Badanie wykazało, że rezonans magnetyczny jest przydatną metodą skracającą ścieżkę diagnostyczną. Od stycznia 2012 do marca 2015 zbadano 155 mężczyzn w wieku 18–84 lata (średnia wieku 60 lat) w Samodzielnej Pracowni Diagnostyki Obrazowej „Tomograf“ w Tychach. Badania wykonano na aparacie 1,5T Avanto I Class SQ Engine i 3T Spectra firmy Siemens z użyciem cewki powierzchniowej. 74 pacjentów miało wysoki PSA. Celem wykluczenia raka gruczołu krokowego zostało wykonane badanie MR i biopsja. U 30 pacjentów ze znacznie podwyższonym PSA został wykryty rak prostaty w badaniu MR i potwierdzony w biopsji u 29 badanych. U 51 pacjentów z podwyższonym PSA został wykryty łagodny przerost gruczołowy w badaniu MR i potwierdzony w biopsji. U 74 pacjentów gruczoł krokowy był prawidłowy w badaniu MR i w biopsji. Nowoczesne metody, do których zalicza się dyfuzję, perfuzję, spektroskopię, przyczyniają się do wykrywania nowotworów we wczesnym stadium, wcześniejszego wdrożenia leczenia i zmniejszania umieralności. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Badanie MR jest przydatną metodą skracającą ścieżkę diagnostyczną raka gruczołu krokowego. Projekt wychodzi naprzeciw oczekiwanion pacjentów, administracji służby zdrowia oraz Regionalnej Strategii Innowacji Województwa Ślaskiego na lata 2013–2020. 30 PAULINA MAKSYM-BĘBENEK Politechnika Śląska Wydział Chemiczny, Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Badania nad syntezą kopolimerów szczepionych zawierających jednostki polieterowe i ich wykorzystaniem jako nośniki substancji biologicznie aktywnych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Prowadzone badania dotyczą zaprojektowania nowych amfifilowych kopolimerów o strukturze szczepionej, bazujących na makromonomerach funkcjonalizowanych grupami hydroksylowymi, to jest hydrofilowym metakrylanie poli(glikolu etylenowego) (PEGMA) oraz hydrofobowym metakrylanie poli(glikolu propylenowego) (PPGMA). Celem badań jest otrzymanie pH-czułych i/lub termoczułych kopolimerów mających potencjalne zastosowanie w medycynie i farmacji, jako polimerowych nośników substancji biologicznie aktywnych, tj. indometacyny (IMC)[1] lub kwercetyny (QUE)[2]. Podjęcie niniejszej tematyki wiąże się z ciągle wzrastającym zainteresowaniem dotyczącym wykorzystania polimerów w technologiach medycznych. Związki te są stosowane z powodzeniem w medycynie od wielu lat, gdzie współtworzą m.in. systemy kontrolowanego uwalniania leków (Drug Delivery System, DDS). Aby polimer mógł zostać zakwalifikowany jako potencjalny nośnik substancji aktywnej, powinien być nietoksyczny, kompatybilny z tkankami ludzkiego organizmu oraz posiadać dobrze zdefiniowaną strukturę [3, 4]. [1] S.A. Surwase, J.P. Boetker, D. Saville, B.J. Boyd, K.C. Gordon, L. Peltonen, C.J. Strachan Mol. Pharmaceutics, 10 (2013) 4472 [2] M. Materska Pol. J. Food Nutr. Sci. 58 (2008) 407 [3] W.B. Liechty, D.R. Kryscio, B.V. Slaughter, N.A. Peppas Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 1 (2010) 149 [4] B.D. Ulery, L.S. Nair, C.T. Laurencin, J. Polym. Sci. B Polym. Phys. 49 (2011) 832 31 Mimo że zaprojektowanie nowego nośnika leku jest procesem wymagającym, poprzedzonym szczegółową charakterystyką na każdym etapie procesu, nie należy rezygnować z prowadzenia tego typu badań, zwłaszcza na terenie województwa śląskiego, gdzie niewiele ośrodków naukowo-badawczych zajmuje się tą tematyką. Wybór składu i struktury nośnika, jak i substancji aktywnych (głównie wykazujących działanie przeciwzapalne) w projekcie podyktowany był analizą zapotrzebowania na DDS mogące mieć potencjalnie największe znaczenie w leczeniu schorzeń charakterystycznych dla regionu Śląska, w tym m.in. zawodowych przewlekłych chorób układu ruchu. Choroby te charakterystyczne są dla grup zawodowych wykonujących ciężkie i długotrwałe prace fizyczne (np. górników). Jako związki aktywne zaproponowano IMC oraz QUE. Indometacyna należy do grupy niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ), wspomagając tym samym m.in. leczenie chorób stawów i kręgosłupa. Z kolei QUE wykazuje zarówno działanie przeciwzapalne, jak i przeciwalergiczne. Uzyskanie pozytywnych wyników badań pozwoli stwierdzić, czy nowe struktury kopolimerów szczepionych w przyszłości mogą zostać poddane bardziej specjalistycznym testom pod kątem nośników leków o dłuższym czasie ich uwalniania. ANNA MARCISZ Politechnika Śląska [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Modele matematyczne i algorytmy analizy eksploracyjnej danych jako narzędzia wspomagające optymalizację jakości i kosztów opieki zdrowotnej pacjentów diabetologicznych rejonu Górnego Śląska SKRÓCONY OPIS BADAŃ Przedmiotem pracy doktorskiej jest konstrukcja modeli matematycznych, które pozwolą na oszacowanie kosztów leczenia pacjentów diabetologicznych rejonu Górnego Śląska oraz powiązanie wysokości świadczeń finansowanych ze środków NFZ z podstawowymi parametrami klinicznymi, w tym z wiekiem pacjenta, czasem trwania choroby, obciążeniem innymi chorobami oraz czynnikami środowiskowymi, a także parametrami związanymi z opieką medyczną (np. dostępem do leczenia w poradni diabetologicznej, częstością hospitalizacji). Główne prace, w ramach pracy doktorskiej, skupiać się będą na skonstruowaniu zaawansowanych, wielowymiarowych modeli matematycznych przy użyciu odpowiednich narzędzi statystycznych. Zastosowane zostaną m.in. uogólnione modele liniowe (GLM), w szczególności wielowymiarowe modele regresyjne, modele z interakcjami i bez interakcji, modele z transformacjami nieliniowymi. Wykorzystane zostaną również techniki grupowania do znalezienia podgrup pacjentów generujących wysokie oraz niskie koszty opieki medycznej. Ponadto przeprowadzone zostaną analizy epidemiologiczne, w ramach których oszacowany zostanie wskaźnik zachorowalności (incidence rate) oraz chorobowości (prevalence) dla cukrzycy typu I i II (w zależności od płci, wieku itd.) dla województwa śląskiego. Na podstawie danych epidemiologicznych zbudowany zostanie również model predykcyjny, dzięki któremu przeprowadzona zostanie prognoza zachorowalności na cukrzycę typu I i II na kolejne lata dla Górnego Śląska. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wyniki planowanego projektu dostarczą cennych informacji o sytuacji diabetologicznej województwa śląskiego, w tym również kosztów opieki medycznej. Skonstruowane w projekcie modele pozwolą na predykcję zachorowalności oraz kosztów w zależności od różnych czynników (np. wieku, płci). Prognozy takie będą niezwykle cenne przy opracowywaniu planu rozwoju oraz budżetu na kolejne lata dla województwa śląskiego, gdyż pozwolą uwzględnić programy do walki z cukrzycą, wydatki związane bezpośrednio z opieką medyczną, koszty wynikające z czasowej lub stałej niezdolności do pracy z powodu powikłań cukrzycy itp. Wyniki będą miały również przełożenie na bezpośrednią sytuację chorych, przyczynią się do polepszenia jakości życia oraz wzrostu jakości świadczeń medycznych. 32 MARTA ORŁOWSKA Uniwersytet Śląski Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Porównanie składu jakościowego i ilościowego wybranych gatunków tymianku oraz ich właściwości biologicznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Ziołolecznictwo ludowe to domowy sposób stosowania mieszanki ziół lub pojedynczego zioła jako środka przeciwko różnym chorobom ludzkim. Jedną z ważniejszych roślin leczniczych uprawianych w Polsce jest tymianek pospolity (Thymus vulgaris L.). Stosowany jest w terapii leczniczej ze względu na bogaty skład chemiczny: olejki eteryczne, flawonoidy, garbniki, kwasy fenolowe, związki triterpenowe, liczne cukry oraz sole mineralne zasobne również w glin. Roślina ta ma właściwości bakteriobójcze, przeciwzapalne, przeciwskurczowe, przeciwgrzybicze oraz przeciwutleniające. W przedstawionych badaniach szczególną uwagę skupiono na związkach fenolowych, które w znacznym stopniu odpowiadają za lecznicze właściwości tymianku. Związki te odpowiadają między innymi za właściwości przeciwutleniające tymianku. Antyoksydanty są to związki chemiczne neutralizujące wolne rodniki, które u ludzi mogą być czynnikami uszkadzającymi komórki organizmu. W ostatnich latach obserwuje się ogromne zainteresowanie fizjologiczną rolą oraz występowaniem antyoksydantów znajdujących się w wielu składnikach pokarmowych. Ze względu na niedostateczną wiedzę na temat tych ważnych dla naszego organizmu związków, dużą część badań poświęcono ich aktywności oraz przypisaniu odpowiednim substancjom ich właściwości przeciwutleniających. 33 Analiza ilościowa i jakościowa związków fenolowych zawartych w tymianku (ich zdolności antyoksydacyjnych) oraz pestycydów pozwoli na dokładne poznanie właściwości leczniczych tych roślin, co może doprowadzić do wprowadzenia na rynek dostępnych dla każdego, bezpiecznych, tanich leków ziołowych. Tak uzyskane leki ziołowe mogą mieć bezpośredni, pozytywny wpływ na stan zdrowia mieszkańców województwa śląskiego. Wysoka innowacyjność tych badań może przyczynić się do próby wpisania tymianku jako leku ziołowego do ziołowej Farmakopei Polskiej. Dodatkowo powstały na bazie tymianku lek może przyczynić się do skutecznej walki z chorobami lub do wspomagania leków syntetycznych, a co za tym idzie, do podniesienia poziomu i jakości życia mieszkańców regionu Śląska. KAMILA OSADNIK Śląski Uniwersytet Medyczny Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Badanie możliwości otrzymywania kopolimeru simwastatyny z L-laktydem oraz analiza procesu degradacji otrzymanego materiału polimerowego SKRÓCONY OPIS BADAŃ Przełomem w inwazyjnym leczeniu choroby wieńcowej było zastosowanie stentów wieńcowych. Implantacja stentu w miejsce zwężenia w tętnicy wieńcowej przywraca poprzednią średnicę światła naczynia, co skutkuje redukcją objawów dławicy piersiowej oraz zmniejsza ryzyko zawału serca i nagłego zgonu sercowego. Zabieg implantacji stentu wiąże się jednak z uszkodzeniem ściany naczynia, co może skutkować nadmierną reakcją naprawczą prowadzącą do przerostu neointimy i ponownego zwężenia światła naczynia czyli restenozy. Dobrym rozwiązaniem okazało się powleczenie metalowego rusztowania stentu powłoką polimerową, uwalniającą lek antymitotyczny zapobiegający restenozie. Uszkodzenie, podczas zabiegu implantacji stentu, powłoki uwalniającej lek sprzyja nawrotowi zwężenia światła naczynia oraz może zwiększać ryzyko rzadkiego, ale groźnego, powikłania, jakim jest zakrzepica w stencie. W badaniach skupiono się na syntezie kopolimeru L-laktydu z simwastatyną, który może być wykorzystany jako materiał konstrukcyjny resorbowalnego polimerowego stentu. Za główną strategię metodyczną przyjęto zastosowanie polimeryzacji z otwarciem pierścienia laktonowego w obecności nietoksycznego inicjatora. Reakcja ta jest często stosowana w produkcji materiałów implantacyjnych, ponieważ łączy proces wytwarzania wysokocząsteczkowych i nietoksycznych materiałów. Determinantą w wyborze simwastatyny jako monomeru jest obecność pierścienia laktonowego w strukturze chemicznej, natomiast z uwagi na jej wielokierunkowe właściwości terapeutyczne, takie jak hamowanie proliferacji komórek mięśni gładkich, właściwości przeciwzapalne oraz obniżające poziom cholesterolu, jest lekiem powszechnie stosowanym w terapii choroby wieńcowej. W związku z tym, że simwastatyna, wraz z L-laktydem, będzie stanowiła biodegradowalne rusztowanie stentu, to zostanie wyeliminowana konieczność powlekania stentu powłoką polimerową uwalniającą lek, która, jak wspomniano, może ulec uszkodzeniu w trakcie jego implantacji. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Spodziewanym efektem realizacji pracy doktorskiej jest opracowanie innowacyjnego systemu do kontrolowanego uwalniania simwastatyny. Wprowadzenie i związanie simwastatyny z łańcuchem poli-L-laktydu zwiększy kontrolę nad kinetyką uwalniania substancji leczniczej oraz może poprawić bezpieczeństwo implantacji stentu. 34 MONIKA PALUCH-FERSZT Uniwersytet Śląski Instytut Fizyki, Zakład Fizyki Jądrowej i Jej Zastosowań [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Kliniczne zastosowanie weryfikacji rozkładu dawek opartej na metodzie TL w całym procesie leczenia w teleradioterapii SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Badania związane są z pomiarem dawki u pacjentów poddanych radioterapii z uwzględnieniem procesów przygotowawczych i kontrolujących proces leczenia, takich jak TK, symulacja (RTG), weryfikacja ułożenia pacjenta podczas napromieniania 2D (iViev GT) i 3D (XVI). Wielkość dawki zdeponowanej w pacjencie w całym procesie leczenia, w obszarze pola terapeutycznego i poza nim, określonych na podstawie badań diagnostycznych, a pochodzących od promieniowania pierwotnego i rozproszonego jak również zbyt dużego obszaru diagnostycznego czy kontrolującego, do których wykorzystywane są urządzenia radiologiczne, może mieć wpływ na powstanie efektów ubocznych terapii, takich jak wczesne odczyny popromienne jak również indukowanie nowotworów wtórnych u pacjentów poddanych radioterapii. Na wielkość tej dawki, jak pokazują doniesienia literaturowe, ma wpływ również niedoszacowanie dawki w obszarach poza polem terapeutycznym w przygotowanych planach leczenia pacjentów z użyciem systemów planowania leczenia, korzystających z niezbyt doskonałych algorytmów obliczeniowych. Brak jednoznacznych informacji o wielkości dawek deponowanych w pacjencie podczas wyżej wymienionych procesów, podawanych przez producentów urządzeń radiologicznych, terapeutycznych oraz informacji o dawce całkowitej podczas procesu leczenia, stanowi powyższy projekt innowacyjnym. 35 Teleradioterapia ulega cały czas zmianom polegającym na usprawnieniu procesu leczenia i zwiększaniu stopnia kontroli dozymetrycznej czyli weryfikacji rozkładu dawki w obszarze nowotworowym pacjenta. Obejmuje ona nie tylko sam akt napromieniania obszaru nowotworu, lecz także diagnostykę obszaru chorobowego za pomocą tomografu komputerowego, przygotowanie do leczenia (np. symulacja leczenia – w trakcie której są wykonywane zdjęcia rtg), a także proces kontroli przebiegu leczenia. Wszystkie powyższe czynności związane są z dostarczeniem dodatkowej dawki promieniowania pacjentowi. Jeżeli lekarze i fizycy wiedzieliby, jakie dodatkowe dawki można uzyskać w trakcie tych czynności, mogliby tak opracować plan leczenia, aby wykorzystać je do procesu leczenia; nie stanowiłyby niepożądanej dawki, która powoduje nowotwory wtórne lub zwiększenie ryzyka powikłań w tzw. narządach krytycznych. KATARZYNA PAPAJ Politechnika Śląska Wydział Chemiczny Katedra Chemii Organicznej, Chemii Bioorganicznej i Biotechnologii [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Ocena przemian metabolicznych oraz biodostępności wybranych pochodnych genisteiny o stwierdzonej aktywności przeciwnowotworowej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Syntetyczne pochodne genisteiny zostały zaprojektowane i otrzymane w celu poprawy biodostępności, stabilności oraz aktywności wyjściowego izoflawonu. Badania przesiewowe prowadzone in vitro na liniach komórek nowotworowych pozwoliły stwierdzić, iż wybrane związki wykazują dużo wyższy potencjał antyproliferacyjnym niż sama genisteina. Kolejnym etapem badań nad tymi związkami jest określenie zależności biodostępności i metabolizmu od struktury związków. Celem niniejszego projektu jest oznaczenie metabolizmu oraz biodostępności wybranych pochodnych genisteiny w warunkach in vitro oraz in vivo z wykorzystaniem modelu zwierzęcego. Badania z wykorzystaniem modelu Caco-2 posłużą do określenia tempa absorpcji komórkowej całkowitej ilości substancji przetransportowanej w czasie wewnątrzkomórkowej akumulacji oraz metabolizmu badanych pochodnych, zachodzącego w komórkach jelita cienkiego. Dodatkowo wykonane zostaną badania mające na celu scharakteryzowanie metabolizmu pochodnych genisteiny zachodzącego w wątrobie, z wykorzystaniem ludzkich immortalizowanych hepatocytów (Fa2N-4). W ostatnim etapie prac zostanie określona biodostępność tych związków i ich metabolizm zachodzący w warunkach in vivo u szczura po podaniu doustnym oraz stopień i szybkość transportu biernego wybranych pochodnych przez sztuczną błonę lipidową. Przeprowadzone badania staną się podstawą do wyłonienia kilku związków, których struktura zapewnia wysoką aktywność biologiczną oraz dobrą biodostępność po podaniu doustnym, a równocześnie sprawia, że związki te są stabilne w organizmie. Wybrane związki zostaną wykorzystane do badań nad ich wpływem na rozwój guza w modelach zwierzęcych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Choroby nowotworowe stanowią poważny problem cywilizacyjny, z którym zmaga się środowisko naukowe na całym świecie. Mimo że w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat obserwuje się znaczącą poprawę diagnostyki chorób nowotworowych oraz łatwy dostęp do leczenia, wciąż notuje się wysoką śmiertelność pacjentów, świadczącą o niedostatecznej skuteczności obecnie stosowanych terapii. Dlatego niezwykle ważne są wysiłki zespołów badawczych, zmierzające do opracowania nowych strategii w terapii nowotworów, polegających na wytworzeniu leków o ściśle ukierunkowanej aktywności przeciwnowotworowej oraz wykazujących mniejsze w porównaniu do dotychczas stosowanych terapeutyków efekty uboczne. Niniejszy projekt pozwoli na wyłonienie z dużej puli związków, charakteryzujących się wyższą aktywnością przeciwnowotworową niż genisteina, takich pochodnych, które równocześnie są wchłaniane w jelicie i pozostają stabilne w organizmie. Tym samym, spodziewane wyniki pozwolą wskazać związki o możliwym zastosowaniu terapeutycznym. Dotychczas przeprowadzone badania wykazały, iż w warunkach in vitro badane pochodne mogą korzystnie poprawiać efekty radioterapii jako związki radiouczulające. 36 ANNA PAPIEŻ Politechnika Śląska [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Metody integracji danych transkryptomicznych w kontekście badania tła genetycznego chorób społecznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Przedmiotem pracy doktorskiej jest zaproponowanie metodyki integracji danych pochodzących z wysokoprzepustowych eksperymentów biologicznych. Łączenie danych transkryptomicznych typu mikromacierzowego może skutkować identyfikacją biomarkerów wielu chorób społecznych. Badania zostaną przeprowadzone na dwóch niezależnych zbiorach danych pochodzących z badania ekspresji w limfocytach pacjentek cierpiących na raka piersi, poddanych radioterapii. Próba badawcza została dobrana tak, by w obu przypadkach zawierała porównywalne liczby pacjentek wrażliwych na promieniowanie i promienioopornych. Chipy mikromacierzowe umożliwiają badanie zmian ekspresji tysięcy genów naraz w celu ustalenia zwiększonej ich aktywności w odpowiedzi na dane warunki eksperymentalne. Integracja danych tego typu pozwoli na walidację in silico zbiorów genów proponowanych w pojedynczych eksperymentach jako sygnatury genowe promieniowrażliwości. Wykorzystane zostanie tu podejście zarówno oddzielnej analizy eksperymentów, a następnie ich wzajemna walidacja, jak i szereg metod łączenia p-wartości, będących wynikiem testowania statystycznego. Ten typ zaawansowanej analizy statystycznej wprowadza możliwość zwiększenia mocy testowania genów różnicujących poprzez zwiększenie liczby próbek. Algorytmy te umożliwią również dokładniejsze poznanie oddziaływań między genami w ramach ścieżek sygnałowych, które uczestniczą w procesach odpowiedzi na dawki promieniowania jonizującego, wykorzystywane w radioterapii. 37 Możliwość wykrycia genów, które są odpowiedzialne za procesy związane ze zwiększoną lub zmniejszoną reakcją na promieniowanie jonizujące, pociąga za sobą szansę personalizacji radioterapii chorób nowotworowych. Dostosowanie wysokości dawek promieniowania, jak również czasu pomiędzy podaniem dawek, pozwoli nie tylko zredukować koszty związane z leczeniem powikłań, ale również zwiększy komfort życia pacjenta po zakończeniu leczenia. Ponadto zaproponowana metodyka łączenia eksperymentów może znależć zastosowanie w różnorodnych problemach biomedycznych, których rozwiązanie tkwi w badaniach nad transkryptomem. KINGA PIŻUCH Uniwersytet Śląski, Instytut Nauki o Materiałach Śląskie Międzyuczelniane Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Struktura i właściwości porowatych stopów na bazie NiTi do zastosowań medycznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem prowadzonych badań jest wytworzenie porowatego stopu na bazie NiTiCo za pomocą metody metalurgii proszków, w celu uzyskania stopu o jeszcze lepszej biokompatybilności, dobrej odporności korozyjnej, wysokiej przyswajalności biologicznej, oraz dobranie odpowiednich warunków spiekania, w której odwracalna przemiana martenzytyczna będzie zachodzić na całej objętości. W ramach założonego celu pracy będą podjęte badania na materiale w stanie wyjściowym oraz na spiekach wykonanych metodą spiekania swobodnego w piecu próżniowym. Analiza składu chemicznego oraz obserwacja mikrostruktury przeprowadzane będą na skaningowym mikroskopie elektronowym JSM-6480 firmy JEOL. Identyfikację fazową otrzymanych spieków przeprowadzono na dyfraktogramach zmierzonych przy użyciu dyfraktometru X’ Pert Pro. Metoda DSC (Skaningowa Kalorymetria Różnicowa) umożliwi badanie efektów cieplnych towarzyszących procesom zachodzącym podczas ogrzewania i chłodzenia badanych próbek oraz określenie charakterystycznych temperatur przemian fazowych i sekwencji przemian. Dzięki metodzie metalurgii proszków można wytworzyć implanty o złożonym kształcie, co pozwoliłoby na wytworzenie implantu o zadanym kształcie. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Finalnym efektem przyjętego projektu będzie opracowanie technologii wytwarzania porowatych stopów NiTiCo wykazujących zjawiska pamięci kształtu. Przewiduje się zastosowanie tak wytworzonego materiału do wykonywania implantów medycznych służących jako substytuty ubytków kostnych lub implantów służących do zespoleń odłamów kostnych. Implanty ze stopów z pamięcią kształtu umożliwiają usprawnienia i uproszczenie wielu operacji oraz nie tylko ułatwiają interwencję chirurgiczną, ale przede wszystkim obniżają inwazyjność zabiegu, czyniąc go o wiele bezpieczniejszym. Produkcja stopów na bazie NiTiCo w Polsce przyniosłaby także spore oszczędności finansowe ze względu na dodanie dodatku stopowego – kobaltu, który wpływa w znaczący sposób na wielostopniowy przebieg przemiany martenzytycznej. Zaproponowane w projekcie nowe rozwiązania polegają na wprowadzeniu w Polsce technologii produkcji nowych materiałów i wdrożeniu wyrobów medycznych na rynek rodzimy oraz europejski. Byłby to również znaczący wkład innowacyjny w światowe osiągnięcia dotyczące nowoczesnych sposobów wytwarzania porowatych stopów, wykazujących efekt pamięci kształtu. 38 MARCIN PRUBA Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Instytut Fizyki, Zakład Badań Strukturalnych i Magnetycznych [email protected]; [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Hipertermia jako metoda leczenia nowotworów z wykorzystaniem ferro fluidów i nanomateriałów magnetycznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Temat pracy i badania naukowe ukierunkowane są na zastosowanie zjawiska hipertermii magnetycznej w zwalczaniu komórek nowotworowych. Jednym z celów pracy jest budowa symulatora organizmu ludzkiego służącego do badania zachowania nanocząstek magnetycznych w szybkozmiennym polu magnetycznym. Prowadzone w tym zakresie badania mają na celu uzyskanie najbardziej zbliżonego układu imitującego ośrodek tkanki ludzkiej. Projekt układu pozwoli na zbadanie wpływu kształtu cewki indukcyjnej na rozkład temperatury w objętości fantomu. Zbudowane stanowisko pomiarowe umożliwi pomiar rozkładu zmiennego pola magnetycznego w obszarze badanym w zależności od kształtu oraz rozmiarów cewek indukcyjnych. Na tej podstawie zostaną ustalone optymalne parametry zastosowane do nagrzewania indukcyjnego roztworu nanocząstek magnetycznych w fantomach o różnej gęstości oraz tkankach organicznych. 39 Drugą pod względem częstotliwości przyczyną zgonów, po chorobach serca i układu krążenia, są choroby nowotworowe. To schorzenie wydaje się wciąż nieuleczalne; za większość zgonów z powodu nowotworów odpowiadają bowiem przerzuty, a nie guz pierwotny. Klasyczne metody postępowania to obecnie (i zapewne w najbliższej przyszłości) operacyjne wycięcie guza i ewentualnie chemioterapia oraz radioterapia. Okoliczności te zmuszają do poszukiwania innych metod leczenia nowotworów, które zwiększą szanse wyzdrowienia i mogą być stosowane z powodzeniem obok terapii klasycznych. Prezentowane zagadnienie cechuje się wyjątkową innowacyjnością w dzisiejszym świecie nauki. Pozwoli otworzyć wiele możliwości technologicznych w dziedzinie diagnostyki medycznej, inżynierii biomedycznej i inżynierii materiałowej. AGATA PTASZEK-BUDNIOK Politechnika Śląska Katedra Chemii Organicznej, Bioorganicznej i Biotechnologii [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Tiokarbaminiany pochodne alkoholi jako donory odpowiednich grup zabezpieczających w reakcjach alkilowania pochodnych cukrowych oraz jako związki o potencjalnej aktywności biologicznej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Przedmiotem badań prowadzonych w ramach pracy doktorskiej jest grupa pochodnych N-alkilo i N-arylo O-tiokarbaminianów pochodnych alkoholi aromatycznych. Praca obejmuje opracowanie i zoptymalizowanie metody otrzymywania N-allilo, N-fenylo i N-benzylo tiokarbaminianów pochodnych alkoholi aromatycznych. Otrzymane związki mogą zostać wykorzystane na dwóch płaszczyznach badań. Pierwsza dotyczy wykorzystania otrzymanych O-tiokarbaminianów jako świetnych donorów w reakcjach alkilowania różnych pochodnych cukrowych, które mogą zostać wykorzystane jako półprodukty do syntezy farmaceutyków. Drugim sposobem wykorzystania otrzymanych O-tiokarbaminianów jest oznaczenie ich aktywności przeciwgrzybiczej zarówno na szczepach grzybów drożdżopodobnych izolowanych z materiału klinicznego, jak i na odpowiednich patogenach roślin. Tiokarbaminiany są pochodnymi kwasu tiokarbamoilowego i kwalifikowane są one do związków siarkoorganicznych. Wyróżniamy dwie izomeryczne formy tiokarbaminianów: O-tiokarbaminiany i S-tiokarbaminiany oraz cykliczne tiokarbaminiany i ditiokarbaminiany. Tiokarbaminiany posiadają liczne właściwości biologiczne i chemiczne. W zależności od budowy wykazują one działanie bakteriobójcze, grzybobójcze, insektobójcze i chwastobójcze.Wstępne wyniki badań pokazują, że niektóre otrzymane pochodne O-tiokarbaminianów posiadają zadowalającą aktywność przeciwgrzybiczą w odniesieniu do popularnego leku środka przeciwgrzybiczego jakim jest Fluconazol. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Badania wykonywane w ramach pracy doktorskiej opierają się na poszukiwaniu oraz otrzymaniu nieopublikowanych jak dotąd innowacyjnych połączeń posiadających potencjalne właściwości przeciwgrzybicze. Rozwój badań nad otrzymaniem i scharakteryzowaniem właściwości biologicznych O-tiokarbaminianów przyczyni się do rozwoju sektora badań biologicznych, chemicznych, medycznych, w tym w szczególności badań związanych z technologiami medycznymi. Prowadzenie dodatkowych badań nad zależnością struktury i finalnej aktywności O-tiokarbaminianów może przyczynić się do dalszego rozwoju badań nad tą klasą związków. 40 BARTŁOMIEJ PYCIŃSKI Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: System śledzenia obrazu ultrasonograficznego w chirurgii małoinwazyjnej SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Tematem pracy doktorskiej jest stworzenie systemu śledzenia pacjenta, jego obrazu tomografii komputerowej oraz obrazu ultrasonograficznego, podczas zabiegów chirurgicznych. Na pozycję pacjenta na stole operacyjnym nakładana jest trójwymiarowa rekonstrukcja jego ciała wykonana na podstawie obrazu TK. Ponadto położenie głowicy USG jest śledzone w przestrzeni, a nagrywany przez nią obraz jest także wizualizowany. Całość wyświetlana jest na żywo w różnych trójwymiarowych perspektywach. Cały system przed wykorzystaniem w rzeczywistych warunkach podczas operacji zostanie gruntownie przetestowany w laboratorium pod względem niezawodności i dokładności na dedykowanych fantomach pomiarowych. 41 Realizowana praca doktorska będzie miała bezpośrednie zastosowanie w chirurgii jamy brzusznej, szczególnie w chirurgii laparoskopowej. Obecnie lekarze chirurdzy wykonują operacje, mając do dyspozycji wcześniejszy obraz TK jamy brzusznej, który nie zawsze w pełni oddaje stosunki anatomiczne występujące w chwili wykonywania zabiegu. Na wzrost dokładności określenia aktualnej lokalizacji zmiany patologicznej wpływa możliwość obrazowania ultrasonograficznego podczas zabiegu. System nawigacji umożliwia śledzenie obrazu USG, narzędzi i kamery laparoskopowej oraz prezentowanie trójwymiarowego modelu TK jamy brzusznej wraz ze śledzonymi obiektami. Rozwiązanie takie ułatwia chirurgowi odnalezienie narzędziami laparoskopowymi odpowiedniej struktury oraz może pomóc podjąć decyzję odnośnie do wyboru sposobu postępowania. Wyświetlanie obrazu śródoperacyjnego USG sprawi, że zmniejszy się ryzyko wystąpienia powikłań śródoperacyjnych (m.in. usunięcie zbyt dużego marginesu zdrowej tkanki) oraz pooperacyjnych (np. późne krwawienie). Bardzo istotne jest spodziewane skrócenie czasu trwania operacji (obniżenie kosztów operacji w związku ze zmniejszonym zużyciem leków znieczulających) oraz skróceniem okresu rekonwalescencji pacjenta i czasu niezdolności do pracy. RYSZARD SORDYL Śląski Uniwersytet Medyczny Katedra i Klinika Neurochirurgii SUM [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Wykorzystanie trójwymiarowych modeli geometrycznych do oceny wpływu morfometrii guza oraz siodła tureckiego na efekty endoskopowego przezklinowego leczenia olbrzymich gruczolaków przysadki mózgowej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prowadzone badania mają na celu ułatwienie planowania leczenia operacyjnego gruczolaków przysadki mózgowej. Szczególnym wyzwaniem dla współczesnej neurochirurgii są gruczolaki olbrzymie (największy wymiar przekracza 4 cm). Ich terapia wymaga współpracy specjalistów z różnych dziedzin medycyny, w tym przede wszystkim: neurochirurgii, endokrynologii, okulistyki i onkologii. Mimo to nie zawsze udaje się osiągnąć sukces terapeutyczny. Nierzadko neurochirurg musi zrezygnować z totalnej resekcji zmiany, aby poprawić pooperacyjną jakość życia pacjenta. Wśród czynników mogących w pewnym stopniu determinować wyniki leczenia wymienia się stopień nacieku guza na zatokę jamistą oraz jego rozmiar [1], zwłaszcza oceniany wolumetrycznie [2]. Nie stworzono jednak do tej pory narzędzia pozwalającego na dokładne przedoperacyjne planowanie stopnia resekcji takiego guza. W badaniu zostanie rozwięta metodyka zaproponowana w pracy Hofstetter et al. [2]. Dzięki współpracy z lokalną firmą bioinformatyczną powstaną trójwymiarowe rekonstrukcje operowanych w naszej Klinice Neurochirurgii olbrzymich gruczolaków przysadki mózgowej. Tak otrzymane modele 3D zarówno samych guzów, jak i ich bezpośredniego otoczenia posłużą do dokładnej analizy statystycznej wpływu parametrów morfometrycznych na stopień resekcji guza, uzyskiwany efekt kliniczny oraz ryzyko powikłań pooperacyjnych. [2] Hofstetter C.P., Nanaszko M.J., Mubita L.L., Tsiouris J., Anand V.K., Schwartz T.H. Volumetric classification of pituitary macroadenomas predicts outcome and morbidity following endoscopic endonasal transsphenoidal surgery. Pituitary 15:450-463, 2012. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Najważniejszym z planowanych efektów badania jest stworzenie systemu trójwymiarowej klasyfikacji olbrzymich gruczolaków przysadki na podstawie ich morfometrii oraz stosunku do ważnych struktur tej okolicy. Narzędzie to umożliwi neurochirurgowi lepsze przygotowanie się do zabiegu operacyjnego (wybór najkorzystniejszego dostępu do guza oraz zaplanowanie stopnia resekcji zmiany). Powinno ono również umożliwić lepsze szacowanie ryzyka zdarzeń niepożądanych indywidualnie dla każdego pacjenta. Informacja taka powinna zostać przedstawiona w prosty sposób osobie chorej przed rozpoczęciem leczenia. Dodatkowo wypracowany w ten sposób algorytm przestrzennej analizy 3D będzie mógł być wykorzystywany do oceny innych patologii tej lokalizacji. [1] de Paiva Neto M.A., Vandergrift A., Fatemi N., Gorgulho A.A., Desalles A.A., Cohan P., Wang C., Swerdloff R., Kelly D.F. Endonasal transsphenoidal surgery and multimodality treatment for giant pituitary adenomas. Clin Endocrinol (Oxf). 2010 Apr;72(4):512-9 42 EWELINA SPACZYŃSKA Uniwersytet Śląski, Wydział Matematyczno-Fizyczno-Chemiczny Instytut Chemii, Zakład Chemii Organicznej [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Badanie profilu aktywności przeciwnowotworowej wybranych pochodnych chinoliny SKRÓCONY OPIS BADAŃ Badania będą dotyczyć grupy związków zawierających w swej strukturze fragment chinoliny. Związki oparte na szkielecie chinoliny charakteryzują się szeroko pojętą aktywnością biologiczną. Pochodne chinoliny wykazują właściwości przeciwgrzybicze, przeciwbakteryjne, przeciwastmatyczne, przeciwzapalne, a także aktywność wobec integrazy wirusa HIV. Szczególnie interesująca jest ich aktywność przeciwnowotworowa. Prowadzone badania wpisują się w zakres technologii medycznych, gdyż dotyczą syntezy nowych pochodnych chinolinowych, badania ich wpływu na komórki nowotworowe in vitro, poznania mechanizmu śmierci komórek traktowanych badanymi związkami oraz badania mechanizmów ich działania. Dodatkowym kierunkiem jest określenie możliwości wykorzystania pochodnych chinolinowych jako fluorescencyjnych sond molekularnych w badaniach biotechnologicznych. Multidyscyplinarny charakter prowadzonych badań ściśle wiąże się z obszarem technologii medycznych. Nurt badań wpisuje się w nowatorski temat badawczy związany z poszukiwaniem sposobu zwalczania chorób nowotworowych, które od dziesięcioleci stanowią jedną z głównych przyczyn zgonów na świecie. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Województwo śląskie jest najbardziej zurbanizowanym i uprzemysłowionym regionem Polski, liczącym prawie 4,6 mln mieszkańców (12% ludności Polski). Według Śląskiego Rejestru Nowotworów 43 w 2011 r. w województwie śląskim zarejestrowano łącznie 17 872 zachorowań na nowotwory złośliwe. W porównaniu z liczbą zanotowanych zachorowań w 1999 r. liczba ta wzrosła o 13,4%. Zgodnie z danymi z tego samego roku w województwie śląskim odnotowano łącznie 11 647 zgonów z powodu nowotworów złośliwych, to jest o 14,2% zgonów więcej niż w 1999 r. Dane te ukazują zagrożenie nowotworami na Śląsku. Ciągły wzrost zachorowań oraz zgonów ukazuje istotność badań dotyczących zwalczania chorób nowotworowych. Tematyka badawcza pracy doktorskiej jest ściśle związana z problematyką zwalczania chorób nowotworowych. Realizacja zaplanowanych celów badawczych pozwoli na wykorzystanie badań w rzeczywistej terapii przeciwnowotworowej. Ważnym aspektem prowadzonych prac jest możliwość wykorzystania pochodnych chinoliny jako fluorescencyjnych sond molekularnych w badaniach biotechnologicznych. Potencjał takiego kierunku zastosowania jest o tyle istotny, że nie wymaga długotrwałych i kosztownych badań klinicznych niezbędnych w przypadku zastosowań medycznych. Koszt wprowadzenia takiej technologii jest mniejszy, co ma istotne znaczenie w przypadku tak niedofinansowanej gałęzi jak biotechnologia. Dotychczasowe wyniki wskazują, że pochodne chinoliny mogą być potencjalnymi lekami przeciwnowotworowymi. Poszukiwanie nowych leków przeciwnowotworowych stanowi jedno z wyzwań współczesnej walki z chorobą nowotworową. Synteza nowych związków, zawierających w swej strukturze szkielet chinoliny, a także wyjaśnienie mechanizmów działania mogą przynieść przełom w walce z nowotworami. DAWID SZWEDA Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Poli(metakrylany glikoli oligoetylenowych) w roztworze i na powierzchni SKRÓCONY OPIS BADAŃ Badania prowadzone w ramach pracy doktorskiej mają na celu opracowanie innowacyjnych, biozgodnych, termosterowalnych powierzchni polimetakrylanowych do otrzymywania izolowanych arkuszy komórkowych. Do otrzymywania termoczułych powierzchni wykorzystywane będą nowoczesne metody chemii polimerów – kontrolowane polimeryzacje łańcuchowe. Głównym zagadnieniem wniosku jest uproszczenie i standaryzacja procedury otrzymywania oraz zwiększenie skali syntezy i rozmiaru powierzchni do hodowli komórek. Pozwoli to zmniejszyć ilość rozpuszczalników i reagentów wykorzystywanych podczas syntezy termoczułych powierzchni oraz skróci czas potrzebny na ich przygotowanie. Badania biologiczne polegające na ocenie biozgodności i efektywności otrzymanych powierzchni w hodowli i odczepianiu arkuszy komórek będą wykonane we współpracy z zespołem biologów, z którym doktorant nawiązał współpracę. Końcowym efektem będzie opracowanie zoptymalizowanej metody otrzymywania powierzchni termoczułych oraz przygotowanie gotowej do wdrożenia na rynek technologii produkcji. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wykorzystanie termoczułych powierzchni do hodowli i uzyskiwania arkuszy komórkowych zdecydowanie redukuje liczbę uszkodzonych komórek, co ma miejsce w wyniku stosowanych dotychczas sposobów mechanicznego bądź enzymatycznego ich oddzielania od podłoża. Arkusze podstawowych komórek skóry fibroblastów i keratynocytów, a w przyszłości także innych typów komórek, otrzymane na termoczułych powierzchniach polimerowych, mogą zostać wykorzystane w medycynie rekonstrukcyjnej i biotechnologii. Zorientowanie proponowanej w projekcie tematyki badawczej w stronę uproszczenia procedury otrzymywania termoczułych podłoży, ich standaryzacji, zwiększenia skali syntezy oraz zwiększenie powierzchni termoczułych podłoży umożliwi także opracowanie przyszłej technologii ich produkcji. 44 RÓŻA SZWEDA Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Macierze polimerowo-peptydowe do detekcji enzymów proteolitycznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Celem pracy doktorskiej jest synteza i charakterystyka powierzchni polimerowo-peptydowych do zastosowań w detekcji enzymów oraz jako podłoża do hodowli komórkowych. W ramach pracy opracowano efektywne metody syntezy peptydów i ich specyficznej immobilizacji na powierzchni krzemowej poprzez linkery z poli(glikolu etylenowego) (PEG). Powierzchnie wykorzystano do detekcji trypsyny i chymotrypsyny jako modelowych proteaz. W celu optymalizacji ustalono wpływ długości zastosowanego linkera PEG na efektywność takich powierzchni jako platform analitycznych w detekcji enzymów. Projekt, jako kontynuacja badań w ramach pracy doktorskiej, obejmuje syntezę i charakterystykę termoczułych powierzchni z poli[metakrylanu(glikolu etylenowego)] (PEGMA), wzbogaconych w aktywną sekwencję peptydową (RGD, IKVAV) wspomagającą proces hodowli komórek. Ponadto ustalona zostanie zależność pomiędzy zastosowaną metodą modyfikacji powierzchni PEGMA i wynikającą z niej ilością peptydu a efektywnością podłoża w hodowli arkuszy komórek skóry, co ma istotne znaczenie przy komercjalizacji otrzymanych rusztowań oraz stanowi podstawę do rozwoju medycyny rekonstrukcyjnej. 45 Powierzchnie polimerowo-peptydowe znajdują wiele potencjalnych zastosowań. Jednym z obszarów zastosowań jest diagnostyka kliniczna, gdzie otrzymywane powierzchnie (macierze) polimerowo-peptydowe można wykorzystać jako nowoczesne platformy analityczne do detekcji enzymów (biomarkerów). Natomiast wzbogacone w peptydy proadhezyjne termoczułe powierzchnie polimerowe są stosowane jako innowacyjne rusztowania w hodowli komórek. Zastosowanie termoczułych powierzchni pozwala na otrzymanie arkuszy komórek bez zniszczenia utworzonej przez komórki macierzy zewnątrzkomórkowej. Prace w ramach projektu są skoncentrowane na wzbogaceniu termoczułych powierzchni polimerowych otrzymanych w CMPW PAN w bioaktywne sekwencje peptydowe, co jest krokiem w kierunku ich optymalizacji niezbędnej do wdrożenia. Oczekuje się, że obecność peptydów na podłożu poprawi adhezję komórek i ich proliferację, przyspieszając tym samym proces otrzymywania arkuszy komórek skóry. NATALIA ŚMIGIEL-GAC Akademia im. Jana Długosza Wydział Matematyczno-Przyrodniczy [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Synteza bioresorbowalnych kopolimerów o specjalnych właściwościach zoptymalizowanych do zastosowania jako materiał do formułowania rusztowań komórkowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Zaplanowane badania naukowe mają na celu otrzymanie i charakteryzację nowych nieopublikowanych dotychczas w literaturze, bioresorbowalnych kopolimerów, poliestrów, poliestroamidów czy poliestrowęglanów o specjalnych właściwościach zoptymalizowanych pod kątem zastosowania jako materiał do formułowania różnorodnych rusztowań przeznaczonych do hodowli komórek. Badania skupiają się na otrzymaniu materiałów o wysokiej biokompatybilności, dopasowanych właściwościach mechanicznych, powierzchniowych i degradowanych do konkretnego zastosowania w inżynierii tkankowej. Istotą badań jest polepszenie oddziaływań biologicznych z żywymi komórkami w porównaniu do obecnie stosowanych komercyjnych poliestrów alifatycznych, wyciszając odpowiedzi zapalne, wspierając przyleganie i rozpłaszczenie komórek oraz proliferacje czy wprowadzenie sterowanej biodegradacji rusztowań komórkowych. Sterowanie własnościami otrzymanych materiałów osiągane jest przez dobór składu i modyfikację głównego łańcucha kopolimerów. Otrzymane materiały na bieżąco będą weryfikowane pod względem ich przydatności przez podstawowe badania przebiegu hodowli wyselekcjonowanych linii komórkowych na rusztowaniach w porównaniu do badań prowadzonych na materiałach komercyjnych, co pozwoli wybrać właściwy kierunek optymalizacji. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Jednym z najważniejszych wyzwań współczesnej medycyny jest odtworzenie w pełni funkcjonalnej tkanki, która zastąpi uszkodzoną lub utraconą. Większości rozległych uszkodzeń tkanek czy narządów organizm nie jest w stanie samoistnie zregenerować, dlatego poszukuje się nowych metod hodowli tkanek, gdzie istotną rolę odgrywają materiały tworzące podłoże ich wzrostu. Dotychczasowe stosowane metody rekonstrukcji chirurgicznej, transplantologiczne stosowane w praktyce klinicznej mają znaczne ograniczenia, a w niektórych przypadkach są w ogóle niemożliwe do wykonania. W większości tego typu zabiegów istnieje wysokie ryzyko odrzutu czy infekcji. Wad tych w dużej części można uniknąć przez zastosowanie innowacyjnych metod zabiegowych wykorzystujących techniki inżynierii tkankowej. W dzisiejszych czasach rośnie zapotrzebowanie na nowe materiały medyczne o specjalnych właściwościach ze względu na wzrost chorób cywilizacyjnych, nowotworowych. Mieszkańcy Śląska należą do grupy ludzi o stosunkowo wysokim ryzyku narażenia na wypadki. Nie można również lekceważyć faktu starzenia się naszego społeczeństwa, co związane jest oczywiście również z gwałtownym wzrostem ilości chorób związanych z wiekiem (np. choroby stawów, serca, naczyń krwionośnych, degeneracji kręgosłupa). Wszystko to sprawia, że rozwój gospodarki śląskiej w obszarze medycyny regeneracyjnej jest koniecznością. Dlatego zaawansowane innowacyjne badania związane z doskonaleniem technik i materiałów stosowanych w inżynierii tkankowej są tak ważne. Badania prowadzone w ramach mojej pracy doktorskiej powinny ułatwić rozwiązanie wielu obecnie obserwowanych problemów związanych z prowadzonymi hodowlami komórek i tkanek. W związku z tym opracowane biomateriały, biorąc pod uwagę specyfikę rynku leków i wyrobów medycznych, mogą mieć duże znaczenie aplikacyjne, ale w nieco dalszej przyszłości stać się przedmiotem wdrożeń w wyspecjalizowanych firmach związanych z rynkiem materiałów. 46 PATRYCJA TUDREJ Centrum Badań Translacyjnych i Biologii Molekularnej Nowotworów Centrum Onkologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, Oddział w Gliwicach [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Wpływ komórek macierzystych trzewnej tkanki tłuszczowej na kancerogenezę jajnika i agresywność komórek raka SKRÓCONY OPIS BADAŃ Rak jajnika ma najgorsze rokowania wśród wszystkich nowotworów ginekologicznych. Przyczyn tego zjawiska jest kilka. Pierwszą z nich jest późna diagnoza związana z brakiem swoistych objawów we wczesnych stadiach choroby oraz z brakiem biomarkerów nadających się do testów przesiewowych i wczesnej diagnostyki. Kolejnym problemem jest fakt, że chociaż w początkowej fazie leczenia większość guzów bardzo dobrze odpowiada na leki, jednak z czasem rozwija się oporność na chemioterapię i choroby nie udaje się dłużej powstrzymać. Nowatorskie badania prowadzone przez naszego amerykańskiego partnera w MD Anderson Cancer Center w Houston w Terasie wykazały, że komórki raka jajnika mogą być stymulowane do większej agresywności i chemiooporności przez swoiste komórki macierzyste, odkryte w trzewnej tkance tłuszczowej (omental-derived adipose stem cells, OASC). Koreluje to z obserwacjami, że kobiety otyłe częściej chorują na raka jajnika i mają gorsze wyniki leczenia. Celem niniejszego projektu jest zbadanie biologicznych oddziaływań pomiędzy komórkami raka jajnika a komórkami macierzystymi (OASC). Efektem prowadzonych badań będzie identyfikacja komórkowych szlaków sygnałowych oraz konkretnych genów, aktywowanych bądź wyciszanych w komórkach raka jajnika pod wpływem ich oddziaływania z komórkami macierzystymi. Dotychczas przeprowadzono eksperymenty z wykorzystaniem mikromacierzy DNA dla oceny globalnego profilu ekspresji genów w komórkach raka stymulowanych przez 47 komórki OASC. Dalsze prace będą obejmowały scharakteryzowanie wybranych genów oraz weryfikację ekspresji potencjalnych genów markerowych w preparatach pooperacyjnych raka jajnika innymi metodami (ilościowej reakcji PCR oraz immunohistochemii). PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Innowacyjne podejście do walki z rakiem jajnika, proponowane w ramach niniejszego projektu, bazuje na wykorzystaniu biologii medycznych w celu lepszego poznania molekularnych podstaw procesu nowotworowego oraz dla znalezienia nowych biomarkerów, które usprawnią diagnostykę oraz umożliwią indywidualizację, a tym samym zwiększenie skuteczności leczenia pacjentek z rakiem jajnika. Badania te powinny przyczynić się do znalezienia potencjalnych markerów molekularnych przydatnych w praktyce klinicznej, a także pomogą znaleźć odpowiedź na pytanie, jaki jest mechanizm stymulacji kancerogenezy jajnika u kobiet z wysokim indeksem masy ciała. MAGDALENA ZORYCHTA Politechnika Śląska Wydział Mechaniczny Technologiczny [email protected] obszar technologiczny: Technologie medyczne (ochrony zdrowia) problem badawczy: Predykcja cech funkcjonalnych implantów ubytków żuchwy na podstawie numerycznych badań symulacyjnych przenoszenia obciążeń zgryzowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem projektu jest opracowanie metodyki badań modelowych MES przenoszenia obciążeń zgryzowych w układzie stomatognatycznym, którą zastosowano do badań symulacyjnych zespoleń kikutów żuchwy w przypadku rozległych ubytków żuchwy z przerwaniem jej ciągłości. Wirtualne modele zostały przygotowane w oprogramowaniu do projektowania inżynierskiego CAD (Solidworks) w sposób umożliwiający analizę wpływu cech osobniczych na kryterialne wartości naprężeń w tkankach i implantach. W badaniach symulacyjnych kluczowe było odwzorowanie warunków podparcia modelu żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowym oraz warunków obciążeń zgryzowych, zwłaszcza działania najbardziej niekorzystnych dla zespolenia implantu z kością skośnych sił towarzyszących żuciu. Na podstawie uzyskanych rezultatów badań symulacyjnych stwierdzono, że opracowana metodyka pozwala na ocenę wpływu różnych rozwiązań materiałowych i konstrukcyjnych implantów na naprężenia w strefie zespolenia implantu z kikutami żuchwy. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Poziom innowacyjności projektu jest unikalny, ponieważ aktualnie przedstawiane implanty ubytków żuchwy z przerwaniem jej ciągłości nie są stosowane klinicznie. Niepowodzenia kliniczne aktualnie stosowanych rozwiązań implantów stawu skroniowo-żuchwowego wynikają z niedoszacowania efektów przeciążeniowych tkanki kostnej, co potwierdza brak poprawnej metody oceny nośności wytrzymałości ich połączenia z kikutami żuchwy. Osiągnięcie celu pracy znajduje przełożenie na zwiększenie potencjału innowacyjnego województwa śląskiego ze względu na stworzenie możliwości wsparcia ośrodków medycznych w planowaniu leczenia złamań żuchwy i patologii SSŻ, a przede wszystkim opracowania zasad wytwarzania poprawnie zaprojektowanych pod względem nośności implantów rozległych ubytków żuchwy. Ze względu na praktyczny aspekt pracy i spodziewane efekty współpracy ze stroną medyczną planuje się wykonanie prototypów implantów, zwłaszcza w technologii selektywnego spiekania laserowego. Wykonanie badań materiałowych struktury, składu chemicznego oraz własności korozyjnych, a także własności wytrzymałościowych pozwoli na przedkliniczną ocenę jakości i biotolerancji implantów. 48 49 50 TECHNOLOGIE DLA ENERGETYKI I GÓRNICTWA PAWEŁ BARGIEL Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej Zakład Termodynamiki, Gospodarki Energetycznej i Chłodnictwa [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Techniczno-ekonomiczna analiza technologii dekompresji gazu ziemnego SKRÓCONY OPIS BADAŃ Na całym świecie tranzyt gazu ziemnego drogą lądową realizowany jest najczęściej wymuszonym przepływem gazu w gazociągach, pod wysokim ciśnieniem. W celu przystosowania gazu ziemnego do odbioru obniża się jego ciśnienie na stacjach redukcyjno-pomiarowych (SRP). SRP wchodzą w skład każdej sieci gazowej o charakterze przesyłowym bądź dystrybucyjnym. W Polsce powszechnie stosowana jest technologia redukcji ciśnienia gazu na zaworze dławiącym z wcześniejszym podgrzewem gazu. Choć technologia ta jest dojrzała, jest nieekonomiczna i oznacza marnotrawstwo energii, co sugeruje konieczność poszukiwania alternatywnych rozwiązań. Spółki transportujące oraz dystrybuujące gaz ziemny podchodzą jednak z dużą rezerwą do wprowadzania nowych technologii. Jest to podyktowane wysokimi karami za ewentualne przerwy w dostawie, co z kolei sprawia, że bezpieczeństwo dostaw ma dla spółki większe znaczenie niż aspekty ekonomiczne wynikające wprost z eksploatacji stacji. Stanowi to jedną z przyczyn zastoju rozwoju w tej dziedzinie. Aplikacyjność nowych rozwiązań musi być zatem poparta badaniami uwzględniającymi bezpieczeństwo ich stosowania. Technologie wykluczające bądź ograniczające podgrzew przed dekompresją gazu ziemnego prowadzą do niskich temperatur gazu na wylocie z SRP (spadek temperatury wynika z efektu Joule’a-Thomsona bądź nieizentropowej ekspansji gazu). Spadek temperatury do niskich wartości może spowodować przekroczenie warunków równowagi fazowej gazu ziemnego, co stanowi zagrożone dla stabilnej pracy całego obiektu. Głównym celem pracy doktorskiej jest określenie, czy oraz w jaki sposób dostępne nowe technologie dekompresji gazu ziemnego można stosować w polskiej sieci gazowej w sposób ciągły, bezpieczny i ekonomicznie atrakcyjny, a co za tym idzie, skorzystać na oszczędności, jaką oferują. W ramach pracy doktorskiej i we współpracy z Polską Spółką Gazownictwa, oddział w Zabrzu, określona zostanie częstotliwość występowania parametrów termodynamicznych gazu ziemnego, które sprzyjałyby zaistnieniu warunków przekroczenia równowagi fazowej gazu. Parametry te zostaną określone na podstawie dostępnych modeli fizycznych na drodze teoretycznej oraz eksperymentalnie. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Owocem prowadzonych badań naukowych będzie poszerzenie wiedzy w zakresie stosowalności nowych technologii dekompresji gazu ziemnego w polskiej sieci gazowej. Wiedza ta będzie mogła stanowić dodatkowe wsparcie dla dyrekcji spółek gazowniczych przy podejmowaniu decyzji o wprowadzeniu nowych technologii bądź pozwoli określić nowy kierunek, w jakim powinna zmierzać poprawa jakości gazu ziemnego. 52 MATEUSZ BRZĘCZEK Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Analiza możliwości zwiększenia efektywności elektrowni gazowo-parowej bez i z instalacją wychwytu i sprężania CO2 SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zasadniczym celem pracy jest analiza możliwości zwiększenia sprawności termodynamicznej oraz efektywności ekonomicznej nowoczesnego trójciśnieniowego układu gazowo-parowego z przegrzewem wtórnym pary zintegrowanego z instalacją separacji i sprężania CO2. Rozpatrywane będą różne warianty chłodzenia układu przepływowego turbiny gazowej, tj. chłodzenie powietrzne otwarte i zamknięte oraz chłodzenie zamknięte parą. Modelowanie turbiny gazowej obejmie również analizę spalania sekwencyjnego turbiny gazowej. Praca obejmować będzie analizę efektywnego wykorzystania ciepła odpadowego badanego bloku. Wyniki analizy ekonomicznej bloku z różnymi koncepcjami zwiększenia jego sprawności pozwolą na identyfikację najbardziej rentownego rozwiązania. Celem rozprawy w zakresie termodynamiki jest opracowanie algorytmu obliczeniowego pozwalającego prześledzić zmiany parametrów w wybranych wariantach. Celem obliczeń ekonomicznych jest wyznaczenie podstawowych wskaźników ekonomicznych, w tym granicznej ceny sprzedaży energii elektrycznej oraz kosztu emisji unikniętej. Charakterystyki ekonomiczne wyznaczane będą zarówno w funkcji parametrów procesowych, jak i makro- oraz mikroekonomicznych. 53 Wyniki badań mogą mieć praktyczne zastosowanie przede wszystkim w sektorze energetycznym, obejmującym także projektowanie nowoczesnych bloków gazowo-parowych i dobór ich optymalnej struktury. Najwięksi producenci turbin gazowych (m.in. Siemens, GE) prowadzą badania w zakresie nowych koncepcji chłodzenia łopatek turbin gazowych. Zastosowanie chłodzenia parowego w turbinie gazowej, analizowanego w mojej pracy, pozwoli na zwiększenie sprawności elektrowni gazowo-parowych. Możliwe jest osiągnięcie sprawności netto bloku powyżej 61%. Grupa TAURON przewiduje budowę bloku gazowo-parowego na terenie województwa śląskiego. Dodatkowymi impulsami do budowy układów gazowo-parowych są: aktualna obniżka cen gazu ziemnego, wydobycie gazu z łupków, wzrost kosztów uprawnień do emisji CO2 oraz rosnące wymagania związane z ochroną środowiska. Wyniki badań w zakresie optymalizacji kotłów odzyskowych mają możliwość praktycznego zastosowania, ponieważ na terenie województwa śląskiego istnieją przedsiębiorstwa takie, jak Foster Wheeler czy Rafako, będące jednymi z większych producentów kotłów odzyskowych w Polsce i Europie. ALEKSANDRA DRYJAŃSKA Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Wpływ wybranych parametrów na charakterystyki energetyczne i ekonomiczne elektrowni z kotłem fluidalnym, tlenownią kriogeniczną i instalacją CCS SKRÓCONY OPIS BADAŃ Od kilku lat na całym świecie trwają badania naukowe nad opracowaniem technologii zeroemisyjnych dla węglowych bloków energetycznych. Jedną z nich jest spalanie tlenowe, wymagające dostarczenia tlenu w ilości kilku–kilkudziesięciu tysięcy ton na dobę. Wśród obecnych metod produkcji tlenu warunki te jest w stanie spełnić jedynie kriogeniczna separacja składników powietrza. Dzięki integracji tlenowni kriogenicznej z obiegiem parowym, w którym ze względów technicznych wykorzystuje się częściową recyrkulację spalin, znacznie ułatwione staje się wychwytywanie CO2 ze spalin, a układ sekwestracji CO2 jest mniej energochłonny niż w przypadku wychwytu CO2 przewidzianego dla technologii post-combustion w istniejących już blokach energetycznych. Do analizy wykorzystywany jest model bloku energetycznego o nadkrytycznych parametrach pary. Modele poszczególnych instalacji technologicznych zbudowane są w programach obliczeniowych GateCycle i Aspen. Integracji tych komponentów dokonano przy użyciu arkusza kalkulacyjnego Microsoft Office Excel i kodów własnych. Celem badań jest wyznaczenie m.in. charakterystyk sprawności wytwarzania energii elektrycznej w funkcji parametrów związanych z układem tlenowni, gdyż ma ona największy wpływ na ubytek tej sprawności. Prowadzone badania mają umożliwić ocenę elektrowni pod kątem jej sprawności oraz efektywności ekonomicznej, a zastosowanie analizowanej technologii ma przyczynić się do osiągnięcia wymagań Pakietu Klimatyczno-Energetycznego. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Jednym z głównych celów badań jest wskazanie metod separacji CO2 i jego sprężania, dotyczących zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Konsekwencją wprowadzenia Pakietu Klimatyczno-Energetycznego 3×20 oraz Systemu Handlu Emisjami jest wzrost opłat za emisję CO2 w blokach energetycznych. Proponowana analiza elektrowni nadkrytycznej typu oxy ma na celu poprawę sprawności takiego bloku do wartości sprawności osiąganych przez węglowe bloki konwencjonalne. Zakładanym efektem badań jest określenie redukcji wzrostu cen sprzedaży energii elektrycznej odbiorcom, ale także ceny jej produkcji. Większość elektrowni znajdujących się na terenie Śląska (i reszty kraju) wykorzystuje paliwa kopalne. Z tego względu opracowanie technologii zero- czy prawie zeroemisyjnych dla energetyki, jak również ocena opłacalności inwestycji w budowę rozpatrywanej elektrowni typu oxy, są istotne dla województwa śląskiego. Wyniki badań mogą przyczynić się do poprawy efektywności wytwarzania energii elektrycznej, dzięki czemu możliwe będzie ograniczenie wykorzystywania zasobów paliw oraz redukcja emisji CO2 do atmosfery. 54 PIOTR FELIŃSKI Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii Katedra Ciepłownictwa, Ogrzewnictwa i Wentylacji [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Budowa i badanie efektywności energetycznej układu magazynowania ciepła wykorzystującego materiały zmiennofazowe SKRÓCONY OPIS BADAŃ W województwie śląskim sektor budownictwa mieszkalnego, mający znaczący udział w zapotrzebowaniu na energię, zaopatrywany jest w ciepło pochodzące głównie ze scentralizowanych sieci ciepłowniczych w miastach oraz wytwarzany na potrzeby własne bezpośrednio u odbiorców na terenach pozamiejskich. Duże zagęszczenie ludności oraz przemysłu w aglomeracjach na terenie województwa śląskiego powoduje, że istotnym problemem jest zanieczyszczenie powietrza, a w szczególności znajdujące się w nim pyły powstałe ze spalania paliw stałych. Poprawa jakości powietrza możliwa jest przez zwiększenie efektywności energetycznej sieci ciepłowniczych oraz wykorzystanie lokalnych źródeł energii, w szczególności odnawialnych. Produkcja ciepła ze źródeł odnawialnych przyczynia się również do obniżenia tzw. niskiej emisji na terenach pozamiejskich. Jednakże zastosowanie odnawialnych źródeł energii, a w szczególności energii promieniowania słonecznego w systemach rozproszonych wiąże się z problematyką obejmującą rozbieżności między zapotrzebowaniem na ciepło a dostępnością energii służącej do jego wytworzenia. Problem okresowości występowania energii promieniowania słonecznego oraz zmienności zapotrzebowania na ciepło może być rozwiązany przez innowacyjne układy magazynowania ciepła. Dodatkowo obserwowany obecnie trend zmniejszania zapotrzebowania na ciepło budynków przez ich termomodernizację sprawia, że istnieje również potrzeba efektywnego magazynowania ciepła powstałego podczas produkcji energii elektrycznej w elektrociepłowniach. Dlatego też wykorzystanie w takich układach ma- 55 teriałów zmiennofazowych, które są w stanie zmagazynować większą ilość ciepła od stosowanych obecnie rozwiązań konwencjonalnych, poprawi nie tylko sprawność cieplną konwersji fototermicznej w instalacjach słonecznych, lecz także efektywność energetyczną sieci ciepłowniczych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zwiększenie stopnia wykorzystania energii promieniowania słonecznego poprzez zastosowanie układu magazynowania ciepła wykorzystującego materiały zmiennofazowe wpłynie korzystnie na rozwój przedsiębiorstw zajmujących się produkcją oraz projektowaniem instalacji związanych z energetyką słoneczną. Dodatkowo możliwość zastosowania tego typu układów w celu poprawy efektywności energetycznej sieci ciepłowniczych, w znaczącym stopniu wpłynie na rozwój sektora energetyki, a w szczególności przedsiębiorstw zajmujących się produkcją i przesyłem energii oraz projektowaniem przeznaczonych do tego instalacji na terenie województwa śląskiego, co zwiększy innowacyjny potencjał tego regionu. PRZEMYSŁAW JAMROZIK Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Stabilność mikrostruktury w wysokiej temperaturze złączy spawanych ze stali X7NiCrWCuCoNbNB25–23–3–3–2 (Sanicro 25) i stopu 23Cr–45Ni–7W–Ti–Nb (HR6W) SKRÓCONY OPIS BADAŃ Rozwój technologii energetycznych jest możliwy jedynie z rozwojem materiałów i technologii spawania spełniających podwyższone wymagania odpowiednich właściwości użytkowych. Proponowane badania są pionierskie w kraju i pozwalają na zdobycie wiedzy związanej z prognozowaniem trwałości elementów konstrukcyjnych z nowych materiałów. W szczególności dotyczy to nowoczesnych materiałów Sanicro 25 oraz HR6W do zastosowań w kotłach na nadkrytyczne parametry pary powyżej 650ºC. Badane materiały już w fazie eksperymentalnej cechują się lepszymi właściwościami mechanicznymi i korozyjnymi niż stosowane dotychczas. Harmonogram prac obejmuje: ––analizę procesów wydzieleniowych oraz stabilności mikrostruktury po długotrwałym wyżarzaniu, ––przeprowadzenie badań odporności na korozję wysokotemperaturową w agresywnym środowisku, ––przeprowadzenie badań odporności na utlenianie w parze wodnej, ––przeprowadzenie badań właściwości mechanicznych złączy spawanych w wysokiej temperaturze oraz analizę procesów wydzieleniowych po próbach pełzania. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Opracowanie charakterystyk materiałowych badanych materiałów pozwoli na zdobycie odpowiedniej wiedzy pod kątem planowanej w kraju budowy i projektowania nowoczesnych bloków nadkrytycznych. Zaplanowane długotrwałe badania materiałowe w podwyższonej temperaturze pozwolą na analizę stabilności procesów wydzieleniowych w złączach spawanych i materiale podstawowym. Badania odporności na korozję złączy spawanych w wysokiej temperaturze w środowisku O2+HCl+SO2+N2 oraz w parze wodnej pozwolą na uzupełnienie wiedzy oraz opracowanie charakterystyk odporności na korozję wysokotemperaturową oraz utlenianie w parze wodnej. Wykonanie badań właściwości żarowytrzymałych w wysokiej temperaturze ma na celu określenie trwałości złączy spawanych w przyjętych podwyższonych parametrach pary >650ºC i ciśnieniu 30 MPa. Określenie stabilności mikrostruktury w próbach pełzania oraz podczas długotrwałego wyżarzania w temperaturze 700–750ºC pozwoli na określenie potencjalnej trwałości elementów konstrukcyjnych w planowanej budowie kotłów na parametry supernadkrytyczne. Zaplanowane badania mają charakter wyprzedzający, a wyniki będą przydatne podczas projektowania z uwzględnieniem badanych materiałów na krytyczne elementy i budowy nowoczesnych bloków energetycznych. 56 SYLWIA JANKOWSKA Politechnika Częstochowska Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Tlenowe i beztlenowe formy azotu w procesie tlenowego spalania węgla w palenisku z cyrkulacyjną warstwą fluidalną SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Spalanie tlenowe można zaliczyć do metod ograniczania emisji CO2 do atmosfery. Istota procesu polega na tym, że na potrzeby procesu utylizacji paliwa kocioł zasilany jest mieszanką gazową O2/CO2. Właściwości procesu spalania w powietrzu różnią się od właściwości procesu spalania tlenowego. Nowe warunki prowadzenia procesu spalania tlenowego mogą mieć istotne znaczenie dla chemii azotu. Stąd głównym celem pracy jest poznanie zjawisk formowania i rozkładu związków azotu paliwowego (NO, N2O, NO2, NH3 oraz HCN) w procesie tlenowego spalania węgla realizowanego w palenisku z cyrkulacyjną warstwą fluidalną oraz określenie wpływu warunków procesowych na zachowanie ww. związków, obserwowane równolegle wzdłuż wysokości kolumny paleniskowej. Badania konwersji azotu paliwowego w procesie tlenowego spalania węgla przeprowadzone zostaną na instalacji pilotażowej oxy-CFB o mocy 0,1 MWt przystosowanej do pracy zarówno w trybie powietrznym, jak i tlenowym. Cztery punkty pomiaru składu gazów spalinowych, rozmieszczone wzdłuż wysokości komory paleniskowej, umożliwiają przeprowadzenie globalnej analizy procesu konwersji azotu paliwowego na kolejnych etapach jego termicznego rozpadu. 57 Polska gospodarka od dziesięcioleci opiera się na wykorzystaniu węgla, co wynika z faktu posiadanych zasobów. Obecnie udział węgla jako paliwa do produkcji energii elektrycznej jest dominujący i wynosi ok. 90%. Paliwo to jednak w całym procesie od wydobycia, poprzez spalanie, do wykorzystania zawartej w nim energii, stwarza liczne problemy związane z wymogami ochrony środowiska. Szansą na rozwiązanie konfliktu między potrzebą spalania węgla w celach energetycznych a koniecznością zmniejszania emisji zanieczyszczeń gazowych jest zastosowanie technologii wychwytu i składowania CO2. Jedną z rozważanych opcji jest spalanie tlenowe. Zakłada się, że technologia ta zostanie rozwinięta do roku 2020 na tyle, że łączne koszty wychwytywania i zatłaczania CO2 będą niższe niż koszty zakupu pozwoleń na emisję. W przypadku nowo budowanych jednostek prowadzenie procesu spalania w atmosferze tlenowej sprzyjać będzie redukcji gabarytów kotła, co przełoży się na mniejsze nakłady inwestycyjne. Ponadto rozpoznanie miejsc i mechanizmów powstawania NOx wewnątrz kotła w znaczącym stopniu przyczynią się do ograniczenia zużycia wody amoniakalnej. KATARZYNA JASIAK Politechnika Śląska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Badania nad syntezą cyklicznych węglanów alkilenowych z ditlenku węgla SKRÓCONY OPIS BADAŃ Problematyka badań prowadzonych w ramach pracy doktorskiej powinna być rozpatrywana w dwóch kategoriach. • W kategorii bazy surowcowej – w myśl, której należy stale poszukiwać nowych źródeł surowców odnawialnych do syntezy chemicznej. Poglądy te są daleko perspektywiczne, jednakże już obecnie stanowią przedmiot intensywnych dyskusji. W tym aspekcie projekt badawczy wpisuje się w te innowacyjne trendy. • W kategorii Czystych Technologii Węglowych (CTW) – wymagania związane z ochroną środowiska obligują kraje Unii Europejskiej do rozwoju Czystych Technologii Węglowych. Jednakże szansą na wzrost opłacalności inwestycji w technologie CCS jest równoległy rozwój metod zagospodarowania odpadowego ditlenku węgla (CCU). Należy podkreślić, że kluczowym wyzwaniem stawianym reakcjom z udziałem CO2 jest poszukiwanie katalizatorów o wysokiej aktywności katalitycznej, które w prosty sposób można oddzielić od mieszaniny reakcyjnej. W tym kontekście w ostatnich latach obserwuje się znaczne zainteresowanie katalizatorami heterogenicznymi. Niestety liczba doniesień literaturowych dotyczących badań nad zastosowaniem immobilizowanych katalizatorów w syntezie cyklicznych węglanów alkilenowych z CO2 i olefin jest wciąż niewielka. Zatem celem pracy doktorskiej są badania nad zastosowaniem katalizatorów heterogenicznych w syntezie cyklicznych węglanów z ditlenku węgla. Proces ten został wybrany ze względu na szerokie spektrum zastosowań produktów reakcji. Szacuje się, że roczna produkcja cyklicznych węglanów w 2010 r. wynosiła 0,1 Mt i przewiduje się wzrost zapotrzebowania na nie w najbliższych latach. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Na terenie województwa śląskiego działa wiele przedsiębiorstw w sektorze energetycznym. Firmy te stoją dziś przed wyzwaniem, jak odpowiedzieć na zaostrzające się normy, dotyczące dopuszczalnych limitów emisji gazów cieplarnianych. Zatem wyniki moich badań mogą mieć wpływ na zwiększenie potencjału konkurencyjnego podmiotów gospodarczych zarówno na rynku regionalnym, jak i krajowym. Innym ważnym aspektem jest fakt, że rozwój metod zagospodarowania ditlenku węgla wymaga integracji górnictwa, energetyki oraz chemii, co może wpłynąć na wzmocnienie transferu wiedzy pomiędzy przemysłem a jednostkami naukowymi. 58 MARCIN KRATOFIL Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii Katedra Inżynierii Energii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Termiczne przetwarzanie biomasy i paliw odpadowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Spalanie węgla, realizowane m.in. w celu produkcji energii elektrycznej, niesie ze sobą poważny problem środowiskowy związany z emisją zanieczyszczeń do atmosfery – głównie gazów (CO2, SO2, NOx) oraz pyłów, które przyczyniają się do intensyfikacji zmian klimatycznych. Z tego między innymi powodu w ostatnich latach obserwuje się dążenie do zastąpienia węgla paliwem odnawialnym. Takim paliwem wydaje się być np. biomasa, której zasoby w Polsce są bardzo duże i która (np. w postaci drewna, słomy, siana) może stanowić interesujący substytut węgla, jednak w celu jej szerszej implementacji przemysłowej konieczne jest ograniczenie wysokiej zawartości w niej wilgoci, chloru i alkaliów oraz poprawa słabej podatności przemiałowej, wynikającej z silnych wiązań celulozy i ligniny. Mankamenty te są szczególnie widoczne w przypadku biomasy odpadowej, której wykorzystanie jest jednak promowane w krajach UE, przyczyniając się m.in. do realizacji strategii tzw. zrównoważonego rozwoju i pozwalając na osiągnięcie celów sformułowanych przez Unię Europejską w Dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady nr 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych do 2020 r. Jedną z możliwości przygotowania biomasy może być poddanie jej waloryzacji i niskotemperaturowej obróbce termicznej, co w założeniu pozwoli na usunięcie wilgoci, nabycie właściwości higrofobowych oraz poprawę zdolności przemiałowej – głównie dzięki rozerwaniu długich łańcuchów ligniny i celulozy. 59 Obróbka termiczna biomasy oraz części paliw odpadowych pozwala na ich zwaloryzowanie i wytworzenie produktu pozbawionego wilgoci oraz części zanieczyszczeń (takich jak związki chloru, rtęć itp.), dodatkowo posiadającego właściwości higrofobowe. Zakres stosowanych temperatur jak również czas obróbki termicznej zależne są przede wszystkim od rodzaju i składu paliwa oraz jego granulacji. Badania przewidziane do realizacji w ramach pracy doktorskiej skupione będą na ustaleniu optymalnej temperatury i czasu termicznego przetwarzania różnego rodzaju biomasy i paliw odpadowych, ukierunkowanemu zwłaszcza na badania tzw. biomas „nowych” (tj. dostępnych od niedawna na rynku), a także na ustalenie wpływu szybkości i czasu nagrzewania oraz temperatury na skład, podatność przemiałową i reaktywność produktu, jak również na ustalenie jednostkowych emisji zanieczyszczeń stałych i gazowych tworzących się podczas spalania. Prace te przyczynią się nie tylko do uzyskania nowej wiedzy na temat procesu termicznego przetwarzania biomasy i paliw odpadowych, lecz także stanowić będą punkt wyjścia dla inicjacji i rozwoju nowych zaawansowanych technologii o niskiej uciążliwości środowiskowej i zredukowanej emisji zanieczyszczeń. PIOTR KUBICA Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk Politechnika Śląska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Hybrydowe materiały membranowe do rozdzielania mieszanin gazów SKRÓCONY OPIS BADAŃ Przedmiotem badań są materiały o potencjalnym zastosowaniu w membranach do separacji mieszanin gazów. Celem pracy jest określenie wpływu dodatku substancji nieorganicznych i metaloorganicznych do membran polimerowych na ich właściwości fizykochemiczne, przede wszystkim na ich przepuszczalność względem gazów. Drugim z celów jest powiązanie obserwowanych właściwości membrany ze strukturą i właściwościami wprowadzanej substancji, takimi jak: średnica porów, powierzchnia właściwa, pojemność sorpcyjna, hydrofilowość powierzchni. Badana jest również zależność właściwości membran od metody ich wytwarzania: użytego rozpuszczalnika i temperatury wygrzewania. Badania składają się z trzech etapów: 1. Synteza i charakterystyka substancji dodawanej do membran polimerowych. 2. Wytworzenie membran zawierających cząstki otrzymanej substancji, tzw. membran hybrydowych, oraz określenie ich morfologii. 3. Pomiary przepuszczalności, selektywności oraz współczynników dyfuzji gazów w wytworzonych membranach. Parametry te wyznaczane są dla azotu, tlenu, helu i dwutlenku węgla. Dla wybranych materiałów membranowych pomiary wykonywane są w funkcji temperatury i ciśnienia. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wiele procesów przemysłowych wymaga przeprowadzenia rozdziału mieszaniny dwóch lub większej liczby gazów. W wielu przypadkach techniki membranowe są bardziej konkurencyjne od innych metod separacji, takich jak adsorpcja i destylacja kriogeniczna, ze względu na mniejsze zużycie energii, prostszą konstrukcję i mniejsze gabaryty instalacji. Wyniki prowadzonych badań mogą skutkować powstaniem materiałów membranowych o korzystnych właściwościach z punktu widzenia rozdzielania mieszanin gazów, w szczególności wzbogacania powietrza w tlen. Powietrze o zwiększonej zawartości tlenu stosuje się w przemysłowych procesach spalania celem uzyskania większej temperatury płomienia oraz zmniejszenia strat ciepła związanych z ogrzewaniem azotu. Jego potencjalnym zastosowaniem są również procesy zgazowania węgla i biomasy. 60 IZABELLA MAJ Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Przygotowanie paliw biomasowych pod kątem zmniejszenia ich negatywnego oddziaływania na pracę kotła SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Celem badań jest rozpoznanie różnych rodzajów biomas pod kątem zmniejszenia ich negatywnego oddziaływania na pracę kotłów energetycznych. Pierwszym etapem pracy są badania laboratoryjne, polegające na termicznej utylizacji egzotermicznej paliw biomasowych przy użyciu spalin jako czynnika konwertującego. Badania te prowadzone są w eksperymentalnym reaktorze zgazowującym zaprojektowanym i wykonanym specjalnie do tego celu. Otrzymane wyniki pozwolą na rozpoznanie przydatności energetycznej wybranych paliw, ocenę możliwości termicznej utylizacji odpadów oraz opracowanie kryteriów projektowych dla przemysłowych instalacji pośredniego współspalania biomasy i odpadów oraz stworzenie zaleceń dla prowadzenia procesu w warunkach przemysłowych poprzez określenie optymalnych warunków: temperatury oraz czasu przebywania wsadu w reaktorze. Reaktor połączony będzie z kotłem, z którego spaliny stanowić będą czynnik konwertujący. Gaz wynikowy, otrzymany w procesie termicznej utylizacji paliw w reaktorze, zawracany będzie do komory spalania kotła. Badania prowadzone do tej pory uwzględniały takie czynniki konwertujące, jak tlen, powietrze wzbogacone tlenem i para wodna. Badania termicznej utylizacji egzotermicznej paliw biomasowych i odpadów przy użyciu spalin jako czynnika konwertującego są bez wątpienia badaniami pionierskimi. 61 Województwo śląskie jest największym skupiskiem obiektów energetyki zawodowej w kraju. Na terenie tym znajduje się co najmniej 7 dużych obiektów, w których istnieje możliwość współspalania z węglem biomasy lub odpadów biomasowych. Zasady przygotowania paliw biomasowych pod kątem zmniejszenia ich negatywnego oddziaływania na pracę kotłów, opracowane podczas badań, będą mogły zostać wdrożone w każdym z tych obiektów, wydłużając okres eksploatacyjny kotłów. Biorąc pod uwagę liczbę potencjalnych odbiorców zainteresowanych poprawą warunków energetycznego wykorzystania biomasy, wyniki niniejszych badań są niewątpliwie odpowiedzią na rosnące potrzeby oraz oczekiwania sektora energetycznego. DAMIAN PAWŁOWSKI Politechnika Częstochowska Wdział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, Katedra Inżynierii Energii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Oxy-spalanie pyłu węglowego w przedpalenisku cyklonowym SKRÓCONY OPIS BADAŃ Realizowane badania będą miały na celu wyznaczenie optymalnych warunków prowadzenia procesu oxy-spalania węgla w przedpalenisku cyklonowym, a w szczególności uzyskania spalin o możliwie wysokiej koncentracji CO2, co jest szczególnie ważne przy realizacji CCS (Carbon Capture and Storage). Dodatkowo podjęte zostaną prace nad ograniczeniem emisji innych zanieczyszczeń w trakcie realizacji tego procesu, takich jak SO2, NOx, CO oraz pył. Planowany zakres prac będzie obejmował m.in. laboratoryjne badania redukcji SO2 oraz NO ze spalin. Badania na modelowym przedpalenisku cyklonowym związane będą z określeniem wpływu: składu paliwa, granulacji, stężenia tlenu w gazie doprowadzanym do procesu spalania, współczynnika nadmiaru tlenu, prędkości doprowadzanego gazu na parametry prowadzenia procesu. Tymi parametrami będą: stężenie CO2 w spalinach, profile temperatury wewnątrz przedpaleniska, skład spalin na wylocie (emisja zanieczyszczeń). PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Uzyskane w ramach pracy doktorskiej rezultaty, dotyczące oxy-spalania pyłu węglowego w modelowym przedpalenisku cyklonowym, są rozwiązaniami innowacyjnymi, uzasadnionymi ekologicznie i ekonomicznie. Innowacyjnością prowadzonych badań jest zastosowanie technologii oxy-spalania, która jest wysokosprawną technologią konwersji energii chemicznej paliwa na ciepło, potrzebne do produkcji energii elektrycznej. Nowatorska konstrukcja modelowego przedpaleniska cyklonowego oraz zastosowanie oxy-spalania, daje możliwość wysokosprawnego spalania szerokiego zakresu paliw kopalnych i alternatywnych o różnych własnościach. Zastosowany proces oxy-spalania skutecznie przyczyni się do zmniejszenia emisji szkodliwych związków do atmosfery, co znacząco zmniejszy negatywny wpływ przemysłu energetycznego na środowisko, a zarazem poprawi jego wizerunek społeczny. Ekonomicznym walorem prowadzonych badań, jest realna możliwość zastosowania myśli technicznej zawartej w konstrukcji przedpaleniska cyklonowego oraz prowadzenia w nim procesu oxy-spalania. Wiąże się to z możliwością zastosowania technologii przedpalenisk cyklonowych w nowych konstrukcjach kotłów energetycznych budowanych z myślą o współpracy z instalacjami CCS, a także przy modernizacji już istniejących. 62 MONIKA RADLIK Politechnika Śląska Wydział Chemiczny [email protected]; [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Badania katalitycznej redukcji tlenków azotu na wybranych katalizatorach tlenkowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Badania realizowane w ramach projektu DoktoRIS, stanowiące część pracy doktorskiej, polegają na opracowaniu aktywnego i selektywnego katalizatora do procesu redukcji tlenków azotu, emitowanych ze źródeł stacjonarnych, takich jak elektrociepłownie. Powszechnie wiadomo, że emisja tlenków azotu NOx (NO, NO2) do atmosfery z procesu spalania paliw kopalnych wywołuje negatywne skutki ekonomiczne, społeczne i ekologiczne. W związku z powyższym zostały wprowadzone różnego rodzaju dyrektywy narzucające dopuszczalne normy emisyjne dla NOx oraz technologie mające na celu sprostanie narzucanym wymogom. Spośród stosowanych metod ograniczających emisję NOx do atmosfery najczęściej stosowana jest selektywna redukcja tlenków azotu za pomocą czynnika redukcyjnego, która wymaga zastosowania aktywnego i przede wszystkim selektywnego katalizatora. Badania realizowane w ramach pracy doktorskiej polegają na otrzymaniu aktywnych i selektywnych katalizatorów o pożądanych właściwościach fizykochemicznych, do procesu redukcji tlenków azotu za pomocą wybranego czynnika redukcyjnego. Opracowane układy katalityczne w postaci tlenku metalu, o różnym stopniu obładowania, osadzonym na nośniku zostały scharakteryzowane za pomocą wielu technik analitycznych. W rezultacie uzyskano informacje na temat budowy strukturalnej, morfologii, właściwości redoks raz kwasowo-zasadowych. Ostatnim etapem realizowanych badań były testy katalityczne mające na celu badania aktywności i selektywności opracowanych układów w reakcji redukcji tlenków azotu 63 za pomocą czynnika redukcyjnego. Efektem zrealizowanych badań jest wytypowanie aktywnego i selektywnego katalizatora do procesu redukcji tlenków azotu amoniakiem. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Badania realizowane w ramach projektu mogą mieć praktyczne zastosowanie w gospodarce regionu przede wszystkim w sektorze technologii dla energetyki i górnictwa. Wymiernym efektem realizowanych badań jest opracowanie aktywnego i selektywnego katalizatora do procesu redukcji tlenków azotu za pomocą czynnika redukcyjnego. Opracowane układy katalityczne stanowią odpowiedź na rosnące wymogi dotyczące ograniczenia emisji NOx. Pozwalają one na niwelowanie negatywnych skutków ekonomicznych, społecznych i ekologicznych, wpływając tym samym pozytywnie na rozwój gospodarki województwa śląskiego. MAGDALENA SZINDLER Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Struktura i własności cienkich warstw polimerowych nanoszonych metodą zol-żel i stosowanych w barwnikowych ogniwach fotowoltaicznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Barwnikowe ogniwa fotowoltaiczne stanowią atrakcyjny kierunek rozwoju fotowoltaiki. W strukturze barwnikowego ogniwa fotowoltaicznego znajduje się ciekły elektrolit, którego obecność w postaci roztworu uniemożliwia w pewnym zakresie stosowanie tych ogniw. Zasadniczym celem podejmowanej pracy są badania nad cienkimi warstwami polimerowymi przewodzącymi prąd elektryczny, które mogą zastąpić ciekły elektrolit w strukturze barwnikowych ogniw fotowoltaicznych. Pomysł zastąpienia ciekłego elektrolitu i wykorzystanie w strukturze barwnikowych ogniw materiałów polimerowych przewodzących prąd elektryczny pozwoli na zwiększenie możliwości aplikacyjnych tych ogniw, a także wydłuży czas ich działania. Przewiduje się, że wytworzona cienka warstwa polimerowa przewodząca prąd będzie miała znaczący wpływ na sprawność wytworzonych ogniw fotowoltaicznych. Do wytworzenia proponowanych warstw polimerowych wybrano metodę zol-żel, która umożliwia otrzymywanie powłok z fazy ciekłej. W porównaniu z technologią CVD i PVD technologia zol-żel wymaga znacznie mniej skomplikowanych urządzeń, mniejszych nakładów finansowych, a osadzanie warstw nie wymaga wysokiej temperatury. Przygotowane roztwory proponowanych materiałów osadzone techniką wirowania oraz wygrzewane w odpowiedniej temperaturze umożliwią uzyskanie wysokiej jakości cienkich warstw polimerowych. Metodyka badań cienkich warstw polimerowych obejmuje: • badania struktury, • badania morfologii powierzchni, • określenie grubości warstw oraz własności optycznych, • Przewiduje się również wykonanie serii eksperymentalnych ogniw fotowoltaicznych i zbadanie ich własności elektrycznych przy użyciu symulatora światła słonecznego. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wyprodukowane, z zastosowaniem metody zol-żel, barwnikowe ogniwa, a następnie moduły fotowoltaiczne umożliwią zmniejszenie kosztów produkcji. Zintegrowane z budownictwem, BIPV oraz BAPV, stanowią alternatywę dla standardowych okien i ścian budynków oraz są zdolne do wytwarzania energii elektrycznej. Ich stosowanie pozwoli obniżyć koszty materiałów budowlanych i transportu, a z czasem użytkowania, oraz przyczyni się do obniżenia rachunków za prąd. 64 PRZEMYSŁAW ŚCIUBIDŁO Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Badanie adsorpcji ditlenku węgla na zaawansowanych modyfikowanych sorbentach stałych z wykorzystaniem wielkolaboratoryjnej instalacji VPSA SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Badania nad zastosowaniem zaawansowanych sorbentów oraz związanych z nimi technologiami adsorpcyjnymi przyczynią się do pogłębienia stanu wiedzy w zakresie czystych technologii węglowych, w szczególności oczyszczania spalin, co stanowi kluczowe zagadnienie dla przemysłu energetycznego. Badania stanowią oryginalną pracę badawczą, eksperymentalną i teoretyczną, podejmowaną w celu zdobywania nowej wiedzy o podstawach zjawisk i obserwowanych faktów z nastawieniem na bezpośrednie praktyczne zastosowanie i użytkowanie gospodarcze w zakładach przemysłowych, ze szczególnym uwzględnieniem energetyki zawodowej. W zakresie prac eksperymentalnych przeprowadzane są syntezy zaawansowanych sorbentów stałych oraz zbadane zostaną pod kątem usuwania ditlenku węgla ze spalin przy użyciu instalacji VPSA. Kluczowym elementem jest fakt, że odseparowany CO2 przeznaczony zarówno do zagospodarowania jak i składowania musi posiadać odpowiednią czystość. Mając to na uwadze, prace laboratoryjne prowadzone nad syntezą zaawansowanych sorbentów ukierunkowano na uzyskanie struktur o jak najwyższej selektywności adsorpcji ditlenku węgla ze spalin. 65 Wdrożenie rozwiązań zawartych w pracy doktorskiej może zwiększyć konkurencyjność przedsiębiorstw na rynku energii elektrycznej i paliw, między innymi ze względu na zwiększenie opłacalności inwestycji płynącej z możliwości składowania CO2 oraz możliwości sprzedaży produktów ubocznych powstających przy wykorzystaniu technologii czystego węgla. Badania realizowane w ramach niniejszego projektu mogą mieć praktyczne zastosowanie, a z pewnością ułatwione ewentualne wdrożenie technologii, dzięki badaniom prowadzonym na jednostce VPSA. Rezultatem będzie pogłębienie wiedzy na temat technologii oczyszczania spalin metodami adsorpcyjnymi. MAGDALENA TARNACKA Uniwersytet Śląski Instytut Fizyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla energetyki i górnictwa problem badawczy: Badanie kinetyki reakcji polimeryzacji w różnych warunkach termodynamicznych (T, p) oraz układach o ograniczonej geometrii, tzn. confined SKRÓCONY OPIS BADAŃ Polimeryzacja jest procesem, który w większości przypadków nie zachodzi samoczynnie – aby zapoczątkować reakcję muszą zostać spełnione określone warunki termodynamiczne. Dlatego też proces polimeryzacji można zapoczątkować poprzez naświetlanie próbki, dodając katalizator lub podnosząc temperaturę układu. Ważnym czynnikiem przyspieszającym lub wręcz inicjującym reakcję polimeryzacji jest kompresja układu. Ostatnie doniesienia literaturowe pokazują, że w warunkach wysokiego ciśnienia możliwe jest otrzymanie polietylenu o wysokiej gęstości lub trans polibutadienu. Przedstawione powyżej doniesienia pokazują wyraźnie, że ciśnienie może być tym parametrem, który zapewnia selektywność reakcji, i prowadzić w konsekwencji do otrzymania makrocząsteczek o ściśle określonej strukturze chemicznej, której nie można uzyskać poprzez standardowe metody polimeryzacji. Dodatkowo wykazano również, że poprzez prowadzenie reakcji chemicznej w wysokich ciśnieniach można uzyskać polistyren o bardzo wysokiej masie cząsteczkowej, większej niż 1 mln Daltonów. W ramach pracy doktorskiej i programu stypendialnego DoktoRis prowadzone są badania nad wpływem ciśnienia na kinetykę polimeryzacji, strukturę, dyspersyjność oraz podstawowe własności fizyczne otrzymanych polistyrenów, poliakrylanów, poliepoksydów oraz spolimeryzowanych cieczy jonowych (polymerized ionic liquids, PILs). PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Ogromna większość przedmiotów codziennego użytku jest wykonana z materiałów polimerowych, które cechują się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi, fizycznymi, chemicznymi oraz wytrzymałościowymi. Ze względu na atrakcyjność naukową oraz aplikacyjną tychże materiałów ciągle prowadzi się intensywne badania dotyczące zarówno technologii ich otrzymywania, jak i otrzymywania układów o ściśle zdefiniowanych własnościach fizycznych. Polimery jonowe mogą być z powodzeniem wykorzystywane w tych samych przestrzeniach, co ciecze jonowe, m.in. jako rozpuszczalniki w syntezie organicznej oraz katalizie, używane np. podczas reakcji przeniesienia międzyfazowego. Co więcej, substancje te wykorzystywane są przy projektowaniu tzn. smart materials, m.in. materiałów termoreagujących, materiałów węglowych, membran gazowych, celulozowych materiałów kompozytowych. Rozpoczęto również pracę nad wykorzystywaniem tej grupy związków przy budowie urządzeń elektrochemicznych, takich jak: ogniwa słoneczne, odnawialne ogniwa galwaniczne (baterie litowe) oraz elementów o właściwościach elektrochromowych. Ze względu na wykorzystanie praktyczne na szczególną uwagę zasługuje możliwość wykorzystania polimeryzujących cieczy jonowych do produkcji diod OLED, obecnie powszechnie stosowanych w przemyśle do produkcji małych wyświetlaczy do odtwarzaczy MP3, telefonów komórkowych oraz telewizorów produkowanych m.in. przez firmy LG oraz Sony. 66 67 TECHNOLOGIE DLA OCHRONY ŚRODOWISKA DOROTA BABILAS Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Usuwanie zanieczyszczeń jonowych w procesie elektrodialitycznego odsalania wodnych roztworów soli nieorganicznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Tematyka i zakres badań prowadzonych w ramach projektu DoktoRIS dotyczą poznania mechanizmu transportu przez membrany jonowymienne zanieczyszczeń jonowych (Ca2+, Mg2+, SO42-) roztworów soli nieorganicznych (wody kopalniane), a także zastosowania technik membranowych do oczyszczania ścieków przemysłowych, zmiękczania wód zasolonych oraz opracowania technologii ich utylizacji. Celem badań jest opracowanie modelu transportu przez membrany jonowymienne wybranych jonów (Ca2+, Mg2+, SO42-) z wód zasolonych. Zakres pracy obejmuje zbadanie wpływu: ––stężenia składników usuwanych oraz soli, ––różnicy potencjałów, ––liniowej szybkości przepływu, ––typu zastosowanych membran na strumień transportowanych jonów (Ji). Strumienie wybranych jonów zostaną dopasowane do modelu transportu, a następnie zostaną wyznaczone współczynniki dyfuzji badanych jonów, które umożliwią dokonanie oceny efektywności elektrodialitycznego usuwania zanieczyszczeń jonowych z wód zasolonych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Przemysłowy charakter województwa śląskiego oraz wysoka gęstość zaludnienia znacząco wpływają na stan jakościowy zasobów wód powierzchniowych i podziemnych. W związku z tym do priorytetowych celów środowiskowych regionu śląskiego należy zmniejszenie ilości odprowadzanych ścieków do rzek, w tym silnie zasolonych wód dołowych z kopalń. Zasolenie wód powierzchniowych niekorzystnie wpływa na biocenozę rzek i ogranicza ich przydatność do celów komunalnych i przemysłowych. Uzyskane wyniki powinny odgrywać istotną rolę w dziedzinie badań zmierzających do zrozumienia mechanizmów transportu tych jonów oraz przewidywania efektywności procesu elektrodializy jako metody oczyszczania wód zasolonych. Przeprowadzone badania będą stanowić podstawową wiedzę niezbędną do opracowania nowych technologii zagospodarowania odpadów przemysłowych, a także technologii uzdatniania wody. Uzyskane w ramach realizacji projektu wyniki badań mogą być wykorzystane przez Jastrzębską Spółkę Węglową S.A., Kompanię Węglową S.A., PG Silesia Sp. z o.o., a także przez Zakład Odsalania Dębieńsko Sp. z o.o., z którym podjęto współpracę. Wdrożenie uzyskanych wyników powinno umożliwić realizację celów Programu Ochrony Środowiska dla województwa śląskiego, dotyczących podwyższenia jakości wód. 70 BEATA BAKA Politechnika Częstochowska Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Integracja adsorpcyjnego układu do doczyszczania CO2 zawartego w spalinach z obiegiem cieplnym bloku pracującego w atmosferze modyfikowanej tlenem SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Praca badawcza obejmuje modelowanie jednostki do adsorpcji CO2 ze spalin kotłowych oraz jej integrację z modelem bloku energetycznego pracującego w technologii spalania w atmosferze modyfikowanej tlenem. Badania prowadzone są przy wykorzystaniu specjalistycznego programu komputerowego IPSEpro, który umożliwia rozwijanie innowacyjnej technologii, jaką niewątpliwie jest technika VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption – adsorpcja zmiennociśnieniowa z wykorzystaniem próżni). Modelowanie numeryczne stanowi rozwijającą się interdyscyplinarną dziedzinę inżynierii środowiska, której zaletami są: możliwość rozwiązania danego problemu badawczego oraz tworzenie bazy zupełnie nowych rozwiązań. Symulacje komputerowe stanowią doskonałe narzędzie analizy wdrażanego procesu technologicznego w celu ukierunkowania badań w technologii separacji CO2. Modele integrują wielkoskalowe symulacje, obejmujące wiele podsystemów i procesów, dzięki czemu przed modelowaniem komputerowym stoją ogromne możliwości zastosowań w przemyśle. Prowadzone badania naukowe dążą do osiągnięcia maximum efektywności procesów wychwytu CO2 ze spalin metodą VPSA zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym, co z punktu widzenia przedsiębiorców jest niezwykle istotne i w głównej mierze decyduje o powodzeniu innowacyjnej technologii. 71 Praca badawcza wyznaczy wytyczne do zastosowania metody VPSA do separacji CO2 ze spalin w warunkach rzeczywistych przy uniknięciu dodatkowych kosztów związanych z poprawą wydajności układu czy eliminacją ewentualnych błędów. Model symulacyjny opracowany w programie IPSEpro pozwala na optymalizację procesu, dzięki czemu możliwe jest określenie najbardziej efektywnego rozwiązania technologicznego. Ze względu na wysokie koszty wdrożenia nowej technologii separacji CO2 wiodącą rolę będą odgrywały techniki symulacyjne, które pozwolą zredukować spadek sprawności bloku energetycznego po dołączeniu układu doczyszczania CO2 ze spalin. Zamodelowanie bloku wraz z jednostką do doczyszczania CO2 stanowi istotną część program restrukturyzacji sektora energetycznego. WOJCIECH BOGACZ Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Badanie inkrustacji w krystalizatorach przemysłowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Krystalizacja jest procesem powszechnie wykorzystywanym między innymi w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, energetycznym i spożywczym jako metoda rozdziału oraz oczyszczania produktów. Jednym z najistotniejszych problemów występujących w trakcie pracy instalacji jest inkrustacja, czyli tworzenie warstwy kryształów pokrywających powierzchnię ścian krystalizatorów, rur i innych elementów aparatury. Jest to zjawisko, które powoduje między innymi wzrost oporów cieplnych na powierzchniach wymiany ciepła, zaburzenia w kontrolowaniu i sterowaniu procesem krystalizacji, wzrost oporów przepływu przez instalację, zużycie materiałowe inkrustowanych powierzchni, a w efekcie końcowym uniemożliwienie dalszej pracy instalacji, co prowadzi do konieczności przerwania procesu i usunięcia narostów w sposób mechaniczny lub chemiczny. Efekt ten jest tym silniejszy, im lepiej powierzchnia jest zwilżalna przez roztwór, co z kolei wiąże się z jej chropowatością. Prowadzone badania mają na celu określenie zależności inkrustacji od chropowatości różnych powierzchni metalowych oraz próba modyfikacji tych powierzchni poprzez naniesienie silnie związanej i szczelnej wartwy hydrofobowej, uniemożliwiającej powstanie zarodków krystalizacji na elementach metalowych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Skuteczne ograniczenie inkrustacji w krystalizacji pozwoli znacznie zmniejszyć opory hydrauliczne oraz cieplne w krystalizatorach, co nie tylko ograniczy koszty eksploatacyjne instalacji, lecz także inwestycyjne przez zmniejszenie gabarytów instalacji z zachowaniem pożądanej wydajności produkcji. Brak narostów na aparaturze kontrolno-pomiarowej będzie miał wpływ na łatwiejsze sterowanie procesem, a co za tym idzie – na jakość produktu. Pewne rozwiązania polegające na hydrofobizacji powierzchni będzie można również wprowadzić do pracujących już instalacji w systemie ciągłym, wykluczając konieczność częstego czyszczenia powierzchni z powstających kryształów, co wiąże się z koniecznością przerwania ich pracy oraz zużyciem materiałów konstrukcyjnych przez okresowe ścieranie i polerowanie inkrustowanych powierzchni. 72 KINGA BONDARCZUK Uniwersytet Śląski Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Katedra Mikrobiologii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Izolacja i charakterystyka plazmidów warunkujących antybiotykooporność u bakterii z oczyszczalni ścieków SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wyniki najnowszych badań wskazują na oczyszczalnie ścieków jako potencjalne źródło uwalniania antybiotykoopornych, w tym wielolekoopornych bakterii do wód powierzchniowych. Wykazano również, że szczególną rolę w rozprzestrzenianiu zjawiska antybiotykooporności wśród bakterii odgrywają tzw. plazmidy opornościowe. Celem badań jest charakterystyka zjawiska oporności na antybiotyki β-laktamowe u bakterii w oczyszczalni ścieków oraz w środowisku odbierającym oczyszczone ścieki. W ramach projektu planowana jest izolacja i charakterystyka bakteryjnych plazmidów opornościowych, ze szczególnym uwzględnieniem plazmidów niosących oporność na antybiotyki β-laktamowe, które wraz ze ściekami doprowadzane są do oczyszczalni. Badania będą także obejmować sprawdzenie, które plazmidy utrzymują się w procesie oczyszczania, a także czy są utrwalane w populacjach mikroorganizmów środowiskowych żyjących w wodach, do których odprowadzane są oczyszczone ścieki. Ponieważ analizowany będzie metagenomowy DNA, dodatkowo zostanie utworzona kolekcja szczepów opornych na antybiotyki, aby w przyszłości móc zidentyfikować gospodarzy badanych plazmidów. Dzięki temu możliwa będzie analiza porównawcza plazmidów opornościowych występujących we frakcji hodowlanej z całkowitym plazmidowym DNA. 73 Uzyskane wyniki pozwolą na oszacowanie zjawiska antybiotykooporności w oczyszczalni ścieków oraz w ekosystemie wodnym odbierającym oczyszczone ścieki. Będzie to pierwszy etap (stanowiący swoisty monitoring), zmierzający do opracowania na podstawie uzyskanych wyników innowacyjnych technologii w procesie oczyszczania ścieków. O istnieniu zainteresowania wynikami pracy w województwie śląskim świadczy nawiązanie współpracy z Chorzowsko-Świętochłowickim Przedsiębiorstwem Wodociągów i Kanalizacji. Współpraca ta jest ściśle związana z polityką środowiskową Przedsiębiorstwa. Wdrożenie nowych technologii oczyszczania ścieków, które będą miały na celu ograniczenie uwalniania antybiotykoopornych bakterii, niewątpliwie przyczyni się do poprawy jakości wód powierzchniowych, zachowania naturalnej bioróżnorodności ekosystemu wodnego, a także wpłynie korzystnie na zdrowie publiczne. Ograniczenie rozprzestrzeniania zjawiska antybiotykooporności pozwoli bowiem na przedłużenie skuteczności antybiotykoterapii. Rozbudowa i unowocześnianie infrastruktury ochrony środowiska w województwie śląskim będą przyczyniały się do wzrostu konkurencyjności i atrakcyjności regionu. PIOTR CELARY Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Witryfikacja osadów ściekowych z przemysłu garbarskiego z odpadami mineralnymi SKRÓCONY OPIS BADAŃ Ze względu na wciąż zaostrzające się przepisy dotyczące składowania odpadów, w tym osadów ściekowych, jak i pogłębiający się deficyt powierzchni do ich deponowania, termiczne metody zagospodarowania stają się coraz częstszym kierunkiem ich ostatecznej utylizacji. Dotyczy to zwłaszcza tych odpadów organicznych, których obciążenie ładunkiem zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie, uniemożliwia lub w sposób znaczący ogranicza możliwości ich biologicznego przetwarzania, np. w procesie fermentacji czy kompostowania. Takimi odpadami są między innymi osady ściekowe z przemysłu garbarskiego, których charakterystycznym zanieczyszczeniem jest chrom pochodzący głównie z procesu garbowania skór, do którego większość garbarni na świecie wykorzystuje sole tego metalu. Z powodu ograniczonej wolatylizacji chromu w porównaniu do innych metali ciężkich, nawet w wysokich temperaturach, procesy termiczne powinny być metodami preferowanymi przy przetwarzaniu odpadów nimi zanieczyszczonych. Realizowane badania były ukierunkowane na równoczesne zagospodarowanie garbarskich osadów ściekowych z odpadami o charakterze mineralnym w procesie termicznym, jakim jest witryfikacja, umożliwiając ich ponowne wykorzystanie poprzez uzyskanie materiału nie tylko bezpiecznego dla środowiska gruntowo-wodnego, lecz także o cechach pozwalających na znalezienie dla niego zastosowania w przemyśle materiałowym. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Upowszechnienie zaawansowanych technologii termicznych w Polsce poprzez ewentualne wdrożenie wyników badań umożliwi zagospodarowanie w ramach jednego procesu technologicznego trudnych do biologicznego przetworzenia osadów ściekowych z przemysłu garbarskiego wraz z odpadami o charakterze mineralnym, jak popioły lotne generowane przez sektor energetyczny, zwalniając tym samym przestrzeń składowiskową dotychczas przeznaczoną do ich deponowania przy jednoczesnym pozyskiwaniu materiału mogącego znaleźć zastosowanie w szeroko rozumianym przemyśle budowlanym. 74 KAROLINA CHWIAŁKOWSKA Uniwersytet Śląski Wydział Biologii i Ochrony Środowiska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Analiza i charakterystyka epigenomu DNA jęczmienia (Hordeum vulgare L.) związanego z genami odpowiedzi na stresy SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Rośliny rozwinęły wiele strategii pozwalających na szybką adaptację do niekorzystnych warunków środowiska. Jedną z nich jest zdolność do szybkiej reakcji i modulacji transkryptomu w odpowiedzi na czynniki środowiskowe, przy czym elementem pośrednim między środowiskiem a transkryptomem może być wielopoziomowy aparat regulacji epigenetycznej, z metylacją DNA na czele. Celem projektu doktorskiego jest analiza oraz ocena zależności między profilem metylacji DNA a ekspresją genów związanych z odpowiedzią na stresy abiotyczne u jęczmienia, jako organizmu modelowego o dużym znaczeniu gospodarczym, oraz analiza stabilności i odziedziczalności zmian indukowanych stresem na przykładzie stresu niedoboru wody. Szczegółowe analizy będą miały na celu: 1. ocenę wpływu stresu niedoboru wody na zmiany w metylomie jęczmienia; 2. stwierdzenie, czy nowe profile metylacji DNA, powstałe pod wpływem stresu niedoboru wody, prowadzą do zmian w aktywności transkrypcyjnej genów warunkujących odpowiedź na suszę; 3. określenie stabilności i odziedziczalności zmian epigenetycznych wyindukowanych stresem suszy. W trakcie realizacji projektu opracowane zostaną nowe rozwiązania metodyczne związane z zastosowaniem technologii wysoko przepustowego sekwencjonowania DNA (NGS) do globalnych analiz metylacji DNA w dużych, złożonych genomach roślin zbożowych. 75 Planowane badania przyczynią się do poszerzenia wiedzy o epigenetycznych, indukowanych środowiskowo mechanizmach związanych z odpowiedzią i tolerancją roślin na stres abiotyczny. W pracy zostaną stworzone i zaimplementowane innowacyjne rozwiązania, oparte na technologii wysoko przepustowego sekwencjonowania DNA (NGS), umożliwiające globalną analizę indukowanych stresem środowiskowym zmian w metylacji DNA. W rezultacie badania umożliwią ocenę możliwości wykorzystania indukowanych zmian w epigenomach roślin uprawnych do stworzenia odmian charakteryzujących się zwiększoną tolerancją na stresy abiotyczne, w tym na stres niedoboru wody. Opracowanie nowatorskich metod analiz globalnych zmian epigenetycznych, znaleźć może wykorzystanie w innych tego typu badaniach, w których oceniany jest wpływ warunków środowiskowych występujących na terenie województwa na organizmy żywe, w tym człowieka. Uniwersalność opracowanej metodyki sprawia, że może ona być zaimplementowana do dowolnego modelu. DOMINIKA DĄBROWSKA Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Wiarygodność i reprezentatywność wyników badań jakości wód podziemnych realizowanych w ramach monitoringu składowisk na przykładzie składowiska odpadów komunalnych w Tychach-Urbanowicach SKRÓCONY OPIS BADAŃ Wiarygodność i reprezentatywność wyników badań monitoringowych wód podziemnych w rejonie składowisk zależy zarówno od czynników geologicznych i hydrogeologicznych (niejednorodność i anizotropia poziomów wodonośnych, właściwości sorpcyjne, system przepływu), jak i czynników technicznych (konstrukcja i ilość piezometrów, ich lokalizacja w stosunku do składowiska i chmury zanieczyszczeń, metodyka opróbowania). Z obserwacji wykonanych w rejonie składowiska w Tychach-Urbanowicach wynika, że jedną z przyczyn powstawania mało reprezentatywnych sieci obserwacyjnych jest słabe rozpoznanie układu hydrodynamicznego oraz brak precyzyjnych danych o gradientach pionowych. Projekt przewiduje badanie zmian położenia zwierciadła wody, badania współczynników filtracji warstw wodonośnych, wykonanie trójwymiarowego modelu konceptualnego piętra wodonośnego czwartorzędu oraz modelu hydrodynamicznego i migracyjnego. W trakcie realizacji projektu wykorzystywanych będzie wiele metod badawczych, m.in. matematycznych, statystycznych, informatycznych i hydrogeologicznych. Przewiduje się ocenę stosowanych w Polsce tradycyjnych metod opróbowań wód podziemnych z punktu widzenia reprezentatywności otrzymanych wyników w warunkach niejednorodnego pola hydrogeochemicznego i zmiennym układzie hydrodynamicznym. Zostanie też podjęta próba wprowadzenia zmian w algorytmach obliczeniowych określających reprezentatywność sieci. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Na obszarze województwa śląskiego znajduje się 29 składowisk odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne, wokół których rozmieszczona jest sieć monitoringowa. Opracowane dotychczas wzory i metody oceny reprezentatywności sieci dotyczą tylko dużych obszarów, jak np. Jednolite Części Wód Podziemnych, przez co trudno stosować je dla małych obiektów. Uzyskane wyniki badań polowych, laboratoryjnych i modelowych mogą być wykorzystane przy optymalizacji i realizacji badań monitoringowych w rejonach innych składowisk, zlokalizowanych na terenie województwa śląskiego. Wyniki badań mogą być pomocne przy wyborze metody rekultywacji terenu składowisk oraz zapewnieniu lepszego systemu zabezpieczeń od podłoża, a także przy obniżaniu kosztów utrzymania monitoringu. 76 PIOTR GUTWIŃSKI Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska Katedra Biotechnologii Środowiskowej [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Określenie wpływu metali ciężkich na proces Anammox SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W intensywnie rozwijającej się populacji ludzkiej, przy równoczesnym wzroście rygorystycznych wymogów prawnych dotyczących oczyszczania ścieków i jakości wód, coraz częstszym problemem staje się efektywne i ekonomiczne oczyszczanie ścieków, przy jednoczesnej dbałości o środowisko. Obecnie najczęściej stosowaną metodą usuwania azotu z układów biologicznych jest proces denitryfikacji, który jednak generuje zarówno wysokie koszty inwestycyjne (konieczna separacja reaktorów nitryfikacji i denitryfikacji, duże zapotrzebowanie na powierzchnię użytkową), eksploatacyjne (jako proces heterotroficzny wymaga dodatkowego źródła węgla, konieczność zagospodarowania dużych ilości biomasy nadmiernego osadu), jak i znacząco wpływa na środowisko naturalne, np. poprzez znaczną emisję CO2 i NOx. Dlatego w ostatnich latach coraz większą uwagę zwraca się ku technologiom wykorzystującym alternatywne szlaki biologiczne, np. Anammox, które niosą ze sobą znaczne korzyści, jak np. mniejsza emisja gazów cieplarnianych, niższa produkcja osadu nadmiernego oraz znacznie niższe zapotrzebowanie energetyczne. Proces ten nie jest jednak do końca poznany pod względem biochemicznym i jak każdy inny proces biologiczny może podlegać inhibicji wieloma substancjami obecnymi w ściekach. W niniejszym projekcie skupiono się na metalach ciężkich z racji ich niekwestionowanej toksyczności dla wszystkich organizmów żywych, wszystkich środowisk. 77 Jednym z głównych wyzwań dla województwa śląskiego jest zapewnienie bezpiecznego gospodarowania zasobami wodnymi, zarówno powierzchniowymi, jak i podziemnymi. Głównym zadaniem stojącym przed samorządami jest zapewnienie odpowiedniej ilości i jakości wody dla potrzeb mieszkańców i gospodarki. Przewiduje się, że uzyskane rezultaty pozwolą w znacznym stopniu na oszacowanie wpływu substancji toksycznych, do jakich niewątpliwie można zaliczyć metale ciężkie, na proces Anammox. Pozwoli to na dokładniejsze zrozumienie mechanizmów biochemicznych rządzących tym procesem, a w efekcie na efektywniejsze wykorzystanie tej technologii w oczyszczalniach ścieków. Warto dodać, że niektóre oczyszczalnie na terenie województwa są już zainteresowane takimi rozwiązaniami, np. Centralna Oczyszczalnia Ścieków w Gliwicach czy Centralna Oczyszczalnia Ścieków w Zabrzu. ARTUR JAROŃ Politechnika Śląska Wydział Budownictwa, Katedra Geotechniki i Dróg [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Redukcja amplitudy drgań podłoża gruntowego przy pogrążaniu grodzic za pomocą ciśnieniowego podpłukiwania wodą SKRÓCONY OPIS BADAŃ Zabezpieczenia głębokich wykopów grodzicami stalowymi wykonywane są od wielu lat. Szczególny wzrost zainteresowania tą technologią nastąpił w latach 70. ubiegłego wieku, w czasie gdy powstały wydajne wibromłoty do wbijania grodzic. Na dzień dzisiejszy, głównie ze względu na swoją wydajność, wibromłoty są najczęściej stosowane spośród różnych metod pogrążania grodzic. Zabezpieczenia wykopów w postaci grodzic stalowych przeważnie są tymczasowe. Materiał w postaci grodzic używany jest wielokrotnie, aż do momentu złomowania i powrotu do huty stali. Ze względu na tymczasowe zastosowanie technologia ta jest konkurencyjna ekonomicznie w stosunku do innych zabezpieczeń. Natomiast negatywnym aspektem użycia wibromłotów jest emisja drgań za pośrednictwem podłoża gruntowego oraz hałasu, które to mogą wpływać negatywnie na osoby znajdujące się w strefie oddziaływań, a same drgania mogą mieć negatywny wpływ również na sąsiednie obiekty budowlane, w tym w szczególności obiekty mieszkalne. W terenach zurbanizowanych, tak jak województwo śląskie, stanowi to poważny problem ze względu na gęstość zabudowy. Zdarza się, że pomimo ekonomicznych korzyści zastosowania grodzic stalowych, inwestorzy zmuszeni są do wyboru innej, droższej technologii ze względu na ww. negatywne aspekty wwibrowywania grodzic. Możliwość wyeliminowania lub ograniczenia propagacji przede wszystkim drgań w podłożu gruntowym mogłaby się przyczynić do dalszego rozwoju i popularyzacji stosowania grodzic stalowych. Projekt badawczy obejmuje wykonanie pomiarów z użyciem specjalistycznego sprzętu w warunkach placu budowy oraz na poligonach doświadczalnych. Badania polegają na wykonaniu pomiarów wartości amplitudy drgań w podłożu gruntowym bez zabiegu wpłukiwania grodzic oraz z wpłukiwaniem grodzic w różnych warunkach gruntowych. W celu osiągnięcia najlepszych rezultatów, tj. maksymalnej redukcji amplitudy drgań, pomiary przeprowadza się dla różnych wariantów pogrążania np. grodzic używanych lub fabrycznie nowych, wbijanych w parach lub pojedynczo, z różnymi głowicami podającymi wodę pod ciśnieniem do podstawy grodzicy. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wyniki zostaną wykorzystane przez firmę Zakład Robót Inżynieryjnych Henryk Chrobok i Hubert Chrobok sp. j. i przyczynią się do szerszego zastosowania technologii, poprzez zmniejszenie jej negatywnych aspektów przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności robót. 78 ANNA JAROSŁAWIECKA Uniwersytet Śląski Wydział Biologii i Ochrony Środowiska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Charakterystyka zespołów bakterii w glebach poddanych długoletniej presji metali ciężkich SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Mikroorganizmy są uważane za najlepsze bioindykatory zmian w glebie. Krótko- i długotrwała ekspozycja na metale ciężkie powoduje zmiany w ich bioróżnorodności, biomasie i aktywności enzymatycznej oraz prowadzi do zwiększenia liczby metaloopornych mikroorganizmów. Mimo wysokiej toksyczności metali ciężkich wiele mikroorganizmów zdolnych jest do zasiedlania skażonych metalami środowisk, w tym terenów Górnego Śląska. Wykształciły one bowiem mechanizmy zapewniające im oporność na metale ciężkie i pozwalające na neutralizowanie toksycznego działania tych pierwiastków. Większość tych mechanizmów jest kodowana przez geny zlokalizowane na plazmidach, dodatkowym DNA bakterii. Celem pracy jest zbadanie zespołów bakterii na terenach silnie skażonych metalami ciężkimi przy wykorzystaniu różnych technik, od tradycyjnych opartych na metodach płytkowych do najnowocześniejszych molekularnych, pozwalających na ominięcie ograniczeń związanych z hodowlą mikroorganizmów. Do realizacji założonego celu wykorzystane zostaną metody, które umożliwią ocenę aktywności (SIR, FDA) oraz ustalenie genetycznej (PCR-DGGE), strukturalnej (PLFA) i funkcjonalnej bioróżnorodności zespołów mikroorganizmów badanej gleby (BIOLOG). 79 Bezpośrednim efektem planowanych badań będzie uzyskanie informacji o aktywności i bioróżnorodności zespołów mikroorganizmów w glebach skażonych metalami ciężkimi oraz kolekcja metaloopornych szczepów bakterii. Prowadzone badania pozwolą także na ustalenie roli plazmidów i mechanizmów oporności na metale ciężkie. Poza poznaniem wpływu zanieczyszczeń metalami ciężkimi na zespoły mikroorganizmów na tych terenach, rezultaty tej pracy są również pierwszym etapem w ich praktycznym wykorzystaniu. Spośród wielu stosowanych technologii w ochronie środowiska obecnie największą uwagę zwraca się na metody biologiczne, tj. bioaugmentację, fitoremediację, których efektywność można zwiększyć przez wykorzystywanie odpowiednich metaloopornych mikroorganizmów. Techniki użyte w pracy doktorskiej mogą mieć zastosowanie w długotrwałym monitorowaniu stanu gleb i zmianach w nich zachodzących podczas rekultywacji. Przeprowadzenie tego typu badań ma duże znaczenie dla rozwoju gospodarczego Śląska, gdyż ich wyniki posłużą do rewitalizacji terenów zdegradowanych, redukcji i zapobiegania dalszemu rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń i stworzeniu atrakcyjnych terenów do inwestycji. GABRIELA KAMIŃSKA Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Doczyszczanie ścieków komunalnych po oczyszczaniu biologicznym z zastosowaniem procesu sorpcji i ciśnieniowych technik membranowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Pomimo bardzo wysokiego stopnia obniżenia wskaźników zanieczyszczeń w procesie mechaniczno-biologicznego oczyszczania ścieków, odpływy z oczyszczalni zawierają toksyczne mikrozanieczyszczenia, których rodzaj i stężenie nie są dotychczas w żaden sposób kontrolowane. Substancje te, a także produkty ich niepełnego utleniania, już w niskich stężeniach odprowadzane w ściekach oczyszczonych do zbiorników naturalnych zdecydowanie pogarszają jakość wody i stanowią poważne zagrożenie dla ekosystemów wodnych. Celem przedmiotowych badań jest opracowanie kompleksowej metody, która umożliwi usuwanie z biologicznie oczyszczonych ścieków komunalnych bisfenolu A i nonylofenolu. Planuje się przeprowadzenie badań porównawczych, pozwalających na określenie efektywności usuwania tych związków w procesie nanofiltracji, w układzie zintegrowanym kojarzącym sorpcję na nanomateriałach i węglach aktywnych z procesem nanofiltracji oraz niskociśnieniową filtracją z użyciem membran polimerowych modyfikowanych nanomateriałami. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Efektem aplikacyjnym przeprowadzonych badań będzie opracowanie nowych wytycznych do projektowania oczyszczalni ścieków przemysłowych, które uwzględnią nie tylko ograniczenia eksploatacyjne modułów membranowych, ale również umożliwią oczyszczanie ścieków komunalnych i wód poprocesowych w celu ponownego ich wykorzystania. Zastosowanie proponowanej technologii doczyszczania ścieków może mieć kluczowe znaczenie dla wzrostu innowacyjności i konkurencyjności śląskiej gospodarki poprzez uzyskanie wysokiej czystości wód poprocesowych, które będą mogły być rozpatrywane jako woda technologiczna, a nie jako ścieki. Odzysk wody technologicznej pozwoli znacznie obniżyć koszty procesów przemysłowych szczególnie w gałęziach przemysłu, w których jest ona kluczowym elementem, tj. w przemyśle energetycznym, papierniczym, koksowniczym, farbiarskim, spożywczym. Podsumowując: wyniki mogą znaleźć zastosowanie w technologiach związanych z: odzyskiem wody technologicznej, uzdatnianiem wody, oczyszczaniem ścieków komunalnych i przemysłowych ze szczególnym uwzględnieniem usuwania mikrozanieczyszczeń, ochroną czystości wód powierzchniowych, produkcją wysoce efektywnych membran modyfikowanych nanomateriałami. 80 EWELINA KILIAN Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Analiza oddziaływania eksploatacji górniczej na wodę traconą bezpowrotnie z sieci wodociągowej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Średnia wartość strat wody w systemach wodociągowych województwa śląskiego wynosi ok. 20% wody wtłaczanej do sieci. Dla jednego przykładowego 180-tysięcznego miasta Górnego Śląska roczna ilość bezpowrotnie traconej wody wynosi 1 300 000 m3 (dla średniego zużycia 100 dm3/d na mieszkańca; odpowiada to utracie rocznego zużycia dla ponad 36 500 mieszkańców). Fundamentalną częścią strategii ograniczania strat wody jest identyfikacja wszystkich czynników mających udział w uszkadzalności infrastruktury komunalnej. Oddziaływanie procesu deformacji górotworu na obiekty liniowe jest jednak za słabo rozpoznane. Ponadto kwestia oddziaływania wstrząsów górniczych bardzo często jest pomijana w analizach. Zakres prowadzonych badań i tematyka pracy doktorskiej związane są z identyfikacją przyczyn bezpowrotnej utraty wody z sieci wodociągowej, powodowanych oddziaływaniem wstrząsów pochodzenia górniczego. Planuje się m.in.: ––ilościowy opis parametrów eksploatacyjnych badanych sieci wodociągowych, ––analizę parametrów wstrząsów górniczych w epicentrum i miejscach występowania awarii wodociągowych oraz klasyfikację wstrząsów górniczych zgodnie ze skalą GSI, ––statystyczne wyznaczenie wpływu wstrząsów górniczych na wielkość bezpowrotnie traconej wody z sieci wodociągowej oraz na awaryjność rurociągów, ––opracowanie metody szacowania udziału uszkodzeń powodowanych oddziaływaniem eksploatacji górniczej w ogólnej uszkadzalności sieci wodociągowych, 81 ––ocenę konieczności i możliwości przystosowania przyjętej skali GSI dla obiektów liniowych podziemnej infrastruktury technicznej. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Rezultaty badań staną się skuteczną odpowiedzią na potrzeby województwa śląskiego w zakresie ograniczania wody traconej bezpowrotnie z sieci wodociągowej oraz niekorzystnego wpływu eksploatacji górniczej na podziemną, liniową infrastrukturę techniczną. Otrzymane wyniki stanowić będą podstawowe źródło informacji, umożliwiających podejmowanie optymalnych decyzji w procesie projektowania, eksploatacji i modernizacji sieci wodociągowych. Przeprowadzane badania stanowić mogą podstawę do prognozowania uszkodzeń sieci wodociągowej, na podstawie prognozowanych wpływów oraz wstrząsów planowanej eksploatacji górniczej. Tego rodzaju informacje pozwolą na podejmowanie wspólnych (przez przedsiębiorstwa wodociągowe i zakłady górnicze), ukierunkowanych działań profilaktycznych, mających na celu eliminację lub minimalizację negatywnych skutków eksploatacji. Realna wydaje się możliwość zaimplementowania przeprowadzanych badań na cele analiz innych obiektów liniowych (sieci gazowe, ciepłownicze, kanalizacja) położonych na terenach górniczych i terenach czynnych sejsmicznie w kraju i za granicą. PIOTR KLIKOWICZ Politechnika Śląska Wydział Budownictwa [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Pośrednie określanie specyficznych zjawisk w obiektach mostowych o dużym zakrzywieniu w planie SKÓCONY OPIS BADANIA Praca ma na celu wyjaśnienie problemów zachodzących w trakcie budowy i projektowania obiektów mostowych o dużej krzywiźnie w planie. Przeprowadzona zostanie analiza istniejących i budowanych obiektów mostowych i określenie zjawisk, takich jak: ––wpływ temperatury w płaszczyźnie poziomej ustroju nośnego, ––oddziaływanie kabla sprężającego w obiektach o małym promieniu poziomym, ––krzywizna obiektu a straty siły sprężającej, ––wpływ skręcania, ––wymuszenie odkształceń ustroju nośnego spowodowane różnymi sposobami łożyskowania. Część doświadczalna pracy obejmuje badania nad nowatorską metodą określania reakcji podporowych przez pomiar odkształceń betonowych elementów podpór. Próby przeprowadzone w laboratorium zostaną zweryfikowane na rzeczywistym obiekcie budowlanym, na którym zainstalowana zostanie aparatura pomiarowa. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ powyższych zdarzeń, zapobiegając w ten sposób możliwości ich powtórzenia na projektowanych obiektach. Ponadto lepsza znajomość problemu pozwoli projektantom sięgać po rozwiązania bardziej ekonomiczne pod względem zużycia materiałów, a co za tym idzie, ekologiczne. Częścią pracy jest badanie innowacyjnej metody pomiaru rzeczywistych reakcji podporowych. Pomiar reakcji podporowej może być częścią systemu monitoringu obiektu (SHM) lub autonomicznym systemem ostrzegawczym. Jest szczególnie potrzebny na obiektach budowanych na terenie objętym oddziaływaniem eksploatacji górniczej. Poza podniesieniem bezpieczeństwa obiektu i jego użytkowników może istotnie wpłynąć na gospodarkę i ekologię regionu. Przy większej wiedzy o obiekcie polityka utrzymaniowa i remontowa obiektów mostowych jest usprawniona, więc mniej kosztowna i obciążająca środowisko. Nieodpowiednio zaplanowane remonty mostów i wiaduktów mają wpływ na komunikację w regionie, mogą powodować korki, co znacząco oddziałuje na środowisko. Odpowiednio wczesna informacja o potrzebie remontu pozwala administratorowi lepiej go zaplanować w skali roku i uniknąć wielu problemów. Wiedza na temat obiektów o dużym zakrzywieniu w planie jest niewystarczająca, o czym świadczą problemy przy ich wznoszeniu i eksploatacji. Często występującą sytuacją jest niekontrolowane przesunięcie się ustroju na podporze, jego podniesienie, a w skrajnych przypadkach zarysowanie przęsła lub podpór. Praca pozwoli wyjaśnić okoliczności 82 MARTA KOWALIK-WOLSKA Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Eksperymentalna i numeryczna analiza procesu spalania wybranych paliw w powietrzu wzbogaconym tlenem SKRÓCONY OPIS BADANIA Projekt realizowany w ramach pracy doktorskiej ma na celu eksperymentalną i numeryczną analizę procesu spalania paliw w powietrzu wzbogaconym tlenem pod kątem ograniczania emisji zanieczyszczeń. Część eksperymentalna projektu będzie obejmowała spalanie węgla kamiennego oraz współspalanie węgla z biomasą w kotle z cyrkulacyjną warstwą fluidalną zarówno w powietrzu, jak i w atmosferze wzbogaconej tlenem. Za pomocą nowoczesnych analizatorów spalin zostaną przeprowadzone pomiary emisji szczególnie uciążliwych dla środowiska związków. Przy użyciu tych urządzeń możliwe będzie kontrolowanie poszczególnych parametrów procesu, co niewątpliwie ułatwi ich optymalizację. Badania z zakresu numerycznego modelowania pozwolą na przewidywanie składu chemicznego produktów spalania, umożliwią głębsze poznanie samego zjawiska, a przede wszystkim pomogą w planowaniu doświadczenia. Dzięki zastosowaniu tych badań eksperyment będzie można wielokrotnie powtarzać, zmieniając za każdym razem parametry oraz obserwować i analizować wpływ tych zmian na przebieg procesu. Otrzymane wyniki wstępne badań wskazują na możliwość zwiększenia koncentracji CO2 w spalinach poprzez zwiększenie udziału tlenu w atmosferze gazowej. Dodatkowo, zastosowana w procesie recyrkulacja spalin pozwala na obniżenie emisji tlenków azotu i tlenków siarki. Uzyskanie wysokiej koncentracji CO2 w spalinach w wyniku zastosowania powietrza wzbogaconego w tlen jest bardzo 83 istotne z uwagi na możliwość ograniczenia emisji tego zanieczyszczenia poprzez jego wychwytywanie i podziemne składowanie (technologia CCS). PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Przewiduje się, że opracowanie optymalnych wytycznych projektowych dla układów spalania paliw w powietrzu wzbogaconym tlenem będzie mogło stanowić podstawę do budowy w województwie śląskim instalacji na skalę przemysłową. Tego typu instalacja z całą pewnością przyniosłaby wymierny efekt ekologiczny, a prowadzone w ramach pracy badania pozwolą na usprawnienie procesu badawczego tej technologii oraz ograniczenie kosztów z tym związanych. Przeprowadzone badania naukowe pozwolą na wypełnianie zobowiązań dotyczących emisji CO2 stawianych przez Unię Europejską. KATARZYNA KOWALSKA Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Katedra Biotechnologii Środowiskowej [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Przemiany benzotiazolu i benzotriazolu w bioreaktorach membranowych (MBR) SKRÓCONY OPIS BADAŃ Rozwój różnorodnych gałęzi przemysłu powoduje stosowanie dużej ilości związków chemicznych na etapie produkcji, które następnie przedostają się do środowiska w postaci mikrozanieczyszczeń. Coraz większy problem stanowią związki, które nie są wymienione w przepisach dotyczących jakości ścieków, co przekłada się na ograniczone możliwości monitoringu stężenia tych substancji bądź też jego brak. Do takich związków należą m.in. heterocykliczne związki aromatyczne: benzotiazol i benzotriazol, których źródłem emisji do środowiska są m.in. przemysł spożywczy, chemiczny, gumowy, metalurgiczny i elektroniczny. W ramach pracy doktorskiej bada się problematykę przemian tych związków w bioreaktorach membranowych. Proces oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego jest monitorowany za pomocą analizy takich parametrów, jak: N-NH4+, N-NO2–, N-NO3–, ChZT, BZT5. Ponadto stopień usunięcia benzotiazolu i benzotriazolu określany jest poprzez zastosowanie wysokosprawnej chromatografii cieczowej. Ostatnia z wymienionych metod analitycznych zostanie również wykorzystana do oznaczenia stężenia tych związków w ściekach rzeczywistych pobranych z wybranych oczyszczalni w celu określenia problemu środowiskowego. Kolejnym etapem badań będzie identyfikacja mikroorganizmów osadu czynnego zdolnych do biotransformacji benzotiazolu i benzotriazolu z użyciem technik biologii molekularnej. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Województwo śląskie jest terenem zurbanizowanym i nadal jednym z ważniejszych ośrodków przemysłowych, co powoduje że wiele szkodliwych substancji o charakterze antropogenicznym (m.in. benzotiazol i benzotriazol) przedostaje się do środowiska. Wzrost percepcji zagrożeń środowiskowych i wielkie zainteresowanie opinii społecznej możliwością poprawy środowiska naturalnego wymusza na ośrodkach badawczych działania zmierzające do poszukiwania skutecznych metod usuwania zanieczyszczeń. Szczególną wagę przykłada się do rozwiązań, które są przyjazne dla środowiska. Wyniki proponowanego projektu badawczego pozwolą na opracowanie i ocenę metody biologicznego oczyszczania ścieków zawierających benzotiazole i benzotriazole z możliwością praktycznego wdrożenia opracowanej metody w oczyszczalniach ścieków komunalnych, a także w przyzakładowych oczyszczalniach (tam, gdzie wymienione związki chemiczne są wykorzystywane na etapie produkcji). 84 MICHAŁ KOWALSKI Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Katedra Ochrony Powietrza [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Wpływ przeżywalności mikroorganizmów bakteryjnych i grzybowych na strukturę bioaerozolu na obszarach zurbanizowanych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W przygotowywanej pracy doktorskiej poruszana jest problematyka bioaerozolowych zanieczyszczeń powietrza. Mogą one stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia populacji, szczególnie w odniesieniu do osób zawodowo narażonych na bioaerozole (np. pracowników oczyszczalni ścieków czy składowisk odpadów, rolników i hodowców, osób zatrudnionych w przetwórstwie żywności), ale także osób zamieszkałych w sąsiedztwie zakładów, z których emitowane są te zanieczyszczenia. Celem planowanej pracy doktorskiej jest poznanie charakterystyki rozkładów stężeń bioaerozoli bakteryjnych i grzybowych w wybranych lokalizacjach na terenie województwa śląskiego oraz ocena ich zmienności w zależności od panujących warunków meteorologicznych. Ponadto w Katedrze Ochrony Powietrza Politechniki Śląskiej zaprojektowano i wykonano prototyp nowego rodzaju aspiratora, umożliwiającego stały pomiar stężenia bioaerozoli w powietrzu atmosferycznym. Na jego innowacyjność składa się m.in. obecność automatycznego podajnika płytek (tzw. autosamplera), dzięki czemu możliwy jest ciągły monitoring stężeń aerozoli. Konieczna jest jednakże kalibracja aparatu (dostosowanie przepływu powietrza, częstotliwości wymiany płytek), a także dalsze usprawnienia aspiratora. Zadania te będą również wykonywane w ramach prowadzenia badań do pracy doktorskiej. 85 Z uwagi na postępujący rozwój infrastruktury obejmującej takie działy, jak gospodarka odpadami czy oczyszczanie ścieków w dużych aglomeracjach miejskich, wydaje się, że opracowanie i wdrożenie monitoringu bioaerozoli jest zadaniem pilnym. Tym bardziej, iż dotychczas takie działania nie są prowadzone w naszym regionie ani w kraju. Opracowana metoda może być pionierskim rozwiązaniem w Polsce, uzupełniającym występującą lukę i zezwalającym na podnoszenie świadomości w zakresie istniejącego zagrożenia. Dodatkowo uzyskane wyniki badań własnych, skorelowane z dokładnymi pomiarami parametrów meteorologicznych, mogą być wykorzystane do oceny zależności pomiędzy stanem aerosanitarnym powietrza. Intencją jest opracowanie w przyszłości modelu matematycznego, który będzie umożliwiał przewidywanie stężeń bioaerozoli bakteryjnych i grzybowych w województwie śląskim. BARBARA KRAKOWSKA Uniwersytet Śląski Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Wykorzystanie narzędzi chemometrycznych w celu usprawnienia kontroli jakości próbek środowiskowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Analiza próbek pochodzenia środowiskowego pod względem zawartości substancji szkodliwych wymaga zastosowania złożonych metod analitycznych w celu uzyskania jak najniższych granic wykrywalności. Spowodowane jest to normami określającymi dopuszczalną zawartość substancji szkodliwych w środowisku. Badania prowadzone w ramach projektu dotyczą wykorzystania metod chemometrycznych jako narzędzi wspierających identyfikację związków niebezpiecznych dla środowiska na podstawie sygnałów chromatograficznych i ułatwiających podejmowanie decyzji przez personel laboratoryjny. Odpowiednie narzędzia chemometryczne będą wykorzystywane do konstrukcji dyskryminacyjnych modeli wieloparametrowych na podstawie danych chromatograficznych. Modele te będą służyły do oceny zawartości substancji w próbce bez konieczności przeprowadzania analizy jakościowej. Tego typu innowacyjne rozwiązania zastosowane do analizy sygnałów chromatograficznych mogą stanowić usprawnienie czasochłonnej i skomplikowanej analizy chromatograficznej. Tym samym mogą pozytywnie wpłynąć na kontrolę jakości środowiska, gdyż jednym z kluczowych aspektów branych pod uwagę w pracy laboratoriów jest czas wykonywania badań i otrzymania wyników. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zastosowanie opracowywanych szybkich metod analizy niewymagających czasochłonnego przygotowania próbki w połączeniu z technikami chemometrycznymi stanowi innowacyjne narzędzie analityczne usprawniające pracę laboratoriów badawczych. Szybsze wykrywanie substancji niebezpiecznych w próbkach środowiskowych umożliwi efektywniejsze przeciwdziałanie skutkom ich obecności, a tym samym przyczyni się do poprawy jakości życia i stanu zdrowia mieszkańców Śląska. Przewidywane wyniki badań mają duży potencjał rynkowy, ze względu na istniejącą konieczność stałego monitorowania środowiska województwa śląskiego, a w szczególności kontrolowania zawartości substancji stanowiących potencjalne zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi zamieszkujących ten teren. Wdrożenie proponowanych rozwiązań pozwoliłoby na sprawniejszą ocenę istniejących zagrożeń środowiskowych. 86 ALEKSANDRA KRZYWICKA Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, Instytut Inżynierii Środowiska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Wybrane procesy zaawansowanego utleniania jako metoda intensyfikacji biologicznego oczyszczania ścieków koksowniczych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Celem badań opisanych w projekcie jest ocena wypływu wybranych procesów zaawansowanego utleniania (AOPs – Advanced Oxidation Processes) na intensyfikację biologicznego oczyszczania ścieków przemysłowych na przykładzie ścieków koksowniczych. Realizacja zadań badawczych projektu obejmuje następujące zaawansowane procesy utleniania: reakcję Fentona, reakcję Fentona wspomaganą obecnością źródła promieniowania UV, reakcję fotolizy przy udziale promieniowania UV oraz proces angażujący działanie fali ultradźwiękowej. Każda z wymienionych metod AOP będzie zastosowana w kilku seriach. Kontrola każdej serii badań obejmuje dokonanie wybranych analiz fizykochemicznych w uzyskanych próbkach. Analiza pod względem ich toksyczności ma na celu wstępne oszacowanie możliwego wpływu na przebieg procesu biologicznego. Na podstawie uzyskanych wyników badań będzie można określić, który z procesów i przy jakich warunkach jego prowadzenia przyczynia się znacząco do poprawy efektywności biologicznego oczyszczania ścieków. 87 Województwo śląskie jest głównym obszarem kraju, na którym istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia ryzyka niekorzystnego wpływu na środowisko naturalne procesów wydobycia i przeróbki węgla. Z tego względu na jego terenie występuje ogromna potrzeba opracowywania nowych, skutecznych metod pozwalających minimalizować szkodliwe emisje bądź ograniczać ich negatywne skutki. W niniejszych badaniach skupiono się na wybranym aspekcie ochrony środowiska związanym z branżą koksowniczą – oczyszczaniu ścieków. Ze względu na fakt, iż ścieki powstające podczas procesu koksowania wykazują niską podatność na degradację biologiczną, stwarzają konieczność opracowania nowej metody oczyszczania bądź zmodyfikowania istniejących. Przeprowadzenie zaplanowanych badań pozwoli uzyskać wiedzę na temat możliwości stosowania zaawansowanego utleniania jako sposobu zwiększenia podatności ścieków koksowniczych na biodegradację. Uzyskane rezultaty będą stanowić podstawę do opracowania modelu bądź modyfikacji istniejącej technologii w celu zaspokojenia potrzeb w tym przedmiocie. Ponadto przeprowadzone badania nad toksycznością ścieków mogą stanowić podstawę do działań nad opracowaniem standardów jakości toksykologicznej ścieków przemysłowych. MACIEJ KURZYDŁO Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Modelowanie transformacji odpadów przemysłowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Według danych Urzędu Statystycznego w Katowicach, w województwie śląskim rocznie wytwarzanych jest około 4,8 mln Mg odpadów energetycznych i 108 tys. Mg osadów ściekowych. Jest to ściśle związane z charakterem naszego regionu odznaczającym się: • silnym zurbanizowaniem, • dużą ilością kopalń, • stopniem rozwoju przemysłu ciężkiego oraz • nieustannym napływem inwestorów z różnych branży przemysłu. Popioły lotne i zawarte w nich części palne oraz osady ściekowe stanowią poważny problem i wyzwanie w polityce ekologicznej województwa śląskiego. Proponowany w projekcie sposób połączenia i wykorzystania energetycznego potencjału odpadowego popiołów lotnych i osadów ściekowych może być alternatywą dla znanych do tej pory metod utylizacji czy składowania. Podstawowym celem pracy badawczej jest wytworzenie paliwa alternatywnego poprzez pozyskanie z popiołów lotnych koksiku i połączenie go z przygotowanymi osadami ściekowymi. Następnie przewiduje się oszacowanie kosztów ekologicznych zastosowanych rozwiązań technologicznych za pomocą programu SimaPro. Aby potwierdzić założone cele przewiduje się wykonanie wielu czynności, podzielonych następująco: Etap 1: Separacja części palnych z popiołów lotnych oraz przygotowanie mieszanek paliwa na podstawie części palnych i osadów ściekowych. Etap 2: Analiza techniczna i elementarna paliwa alternatywnego. Etap 3: Wykonanie prób półtechnicznego spalania uzyskanego paliwa. Etap 4: Ekologiczna ocena cyklu życia (LCA) procesu spalania paliw. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wykonane badania oraz zastosowanie Oceny cyklu życia (LCA) wykażą, iż istnieje znaczny potencjał energetyczny i ekologiczny w zastosowanych rodzajach odpadów, który bezsprzecznie powinien być zagospodarowany energetycznie. Stąd potencjalnymi odbiorcami wyników badań będą zarządcy: • elektrowni i elektrociepłowni, • oczyszczalni ścieków komunalnych i przemysłowych, • podmiotów składujących odpady przemysłowe oraz • zakładów wytwarzających paliwa alternatywne, dla których stworzenie nowego paliwa alternatywnego może być gospodarczo i ekonomicznie atrakcyjne. Jest to bardzo ważne, ponieważ nowoczesna gospodarka odpadami przemysłowymi nie powinna jedynie opierać się na wytwarzaniu i wykorzystywaniu z nich surowców, ale zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju istotną kwestią jest określenie wpływu na środowisko, jaki wywierają nowo powstałe surowce podczas ich stosowania. 88 EWA LASKOWSKA Politechnika Śląska Wydział Chemiczny [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Usuwanie siarczanu z wód w zintegrowanych systemach membranowo-krystalizacyjnych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Dużym problemem w województwie śląskim jest wysokie zasolenie wód pochodzących z przemysłu wydobywczego. Ważnym elementem dla kopalni jest gospodarka wodna, nie tylko ze względów bezpieczeństwa pracy, lecz także jako istotny aspekt ochrony środowiska dla całego województwa. Wraz z głębokością eksploatowanych pokładów mineralizacja wód wpływających do kopalni rośnie i na najniższych poziomach występują praktycznie tylko solanki. Istnieje zatem potrzeba wprowadzania technologii pozwalających na usuwanie oraz utylizację jonów siarczanowych i chlorkowych, stanowiących główne zanieczyszczenie wód dołowych. Stosowane obecnie technologie obróbki wód opierają się głównie na metodach chemicznych oraz w niewielkim stopniu na metodach membranowych. Celem prowadzonych badań jest oczyszczanie wód z jonów siarczanowych metodami membranowymi, takimi jak: elektrodializa, nanofiltracja i odwrócona osmoza. Dużą zaletą tych metod jest wysoki stopień oczyszczenia oraz to, że nie stosuje się w nich chemikaliów lub stosuje się je jedynie w niewielkich ilościach. Zastosowanie tych metod do oczyszczania wód zasolonych umożliwi zagospodarowanie wód odpadowych z przemysłu wydobywczego. Badania prowadzone będą przy znacznych przesyceniach siarczanem wapnia, a następnie krystalizacji soli poza modułem. Osiągnięcie dużych przesyceń będzie możliwe dzięki zastosowaniu modułów membranowych o nowatorskiej konstrukcji z zastosowaniem przekładek dystansują- 89 cych z siatkami tkanymi o różnej grubości i różnej wielkości oczka. Dzięki takiej budowie przekładek uzyskuje się poprawę współczynników wymiany masy, zmniejszenie wariancji czasu przebywania i małe opory hydrauliczne pomimo małej odległości międzymembranowej. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Prowadzone badania w dziedzinie oczyszczania wód za pomocą metod membranowych pozwolą na usuwanie jonów siarczanowych z wód i ścieków. Coraz więcej kopalń wprowadza działania mające na celu ograniczenie zrzucanych do środowiska odpadów, a w bliskiej przyszłości przemysł wydobywczy nie uniknie konieczności odsalania wód dołowych, choćby ze względu na nową dyrektywę unijną zaostrzającą przepisy w tym zakresie. W zależności od zasolenia wód konieczne jest stosowanie różnych metod ich utylizacji. W przypadku wód zasolonych, w których przeważającymi anionami są jony siarczanowe, usunięcie ich w postaci siarczanu wapnia, bez stosowania żadnych dodatkowych odczynników, wydaje się bardzo obiecującą metodą odsalania. BARTŁOMIEJ MACHERZYŃSKI Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii Katedra Chemii, Technologii Wody i Ścieków [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Kofermentacja osadów komunalnych i osadów ze ścieków koksowniczych SKRÓCONY OPIS BADAŃ W oczyszczalniach ścieków miejskich i przemysłowych powstają znaczne ilości osadów, których unieszkodliwianie często stanowi trudny problem. W związku z przystąpieniem Polski do Unii Europejskiej od 1 stycznia 2016 r. wejdą w życie przepisy ograniczające możliwość składowania osadów ściekowych. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki deponowane będą mogły być jedynie osady odpowiednio przetworzone, w których zawartość suchej masy organicznej nie będzie przekraczać 5% oraz wartość opałowa – 6 MJ/kg. Krajowy Plan Gospodarki Odpadami zakłada zwiększenie ilości przetwarzanych komunalnych osadów ściekowych zanim zostaną wprowadzone do środowiska, szersze zastosowanie metod termicznych i maksymalne wykorzystanie substancji biogennych zawartych w osadach. Obecnie wykorzystanie rolnicze jest prawnie ograniczane jedynie przez zawartość wybranych siedmiu metali ciężkich i organizmów patogennych. Jednak w osadach ściekowych obok składników odżywczych, mogą występować takie związki, jak: WWA, PCB, PCDD, DDT i inne toksyczne zanieczyszczenia. Szczególnie wysoko obciążone zanieczyszczeniami organicznymi, w tym WWA, są osady wydzielone ze ścieków koksowniczych. Osady te obecnie są przekazywane do składowania, dlatego opracowanie metody ich unieszkodliwiania jest aktualnym i ważnym zagadnieniem. Mimo tego, że WWA należą do związków trudno rozkładalnych, badania wskazują, że w procesie fermentacji możliwe są przemiany tych związków prowadzące do ich degradacji. Dlatego, że z jednej strony osady koksownicze są obciążone zanieczyszczeniami organicznymi (w tym WWA), a z drugiej strony konieczne jest ich unieszkodliwianie, podjęto badania kofermentacji osadów komunalnych z dodatkiem osadów wydzielonych ze ścieków koksowniczych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Rezultatem prowadzonych badań i analizy wyników będzie ocena możliwości unieszkodliwiania osadów komunalnych wraz z koksowniczymi w procesie fermentacji. W badaniach uwzględniony będzie stopień rozkładu substancji organicznych, w tym mikrozanieczyszczeń organicznych takich jak WWA oraz produkcja biogazu. Przeprowadzone badania pozwolą określić optymalny udział osadów koksowniczych w mieszaninie osadów komunalnych, aby proces fermentacji przebiegał bez zakłóceń. Uzyskane wyniki będą mogły być wykorzystywane w utylizacji osadów przemysłowych powstających na terenie województwa śląskiego. 90 ARIEL MARCHLEWICZ Uniwersytet Śląski Wydział Biologii i Ochrony Środowiska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Rozkład jednopierścieniowych, niesteroidowych leków przeciwzapalnych (ibuprofenu i paracetamolu) przez wybrane szczepy bakterii SKRÓCONY OPIS BADAŃ Współczesny rozwój ochrony zdrowia oferuje zaawansowaną opiekę medyczną zwiększającą komfort i jakość życia ludzi zmagających się z wieloma chorobami i dolegliwościami. Ogromną część produkcji przemysłu farmaceutycznego stanowią leki OTC (over-the-counter, dostępne bez recepty), w tym niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ). Ich dostępność oraz względne bezpieczeństwo stosowania sprawiają, że stanowią jedne z najczęściej kupowanych leków na świecie. W czołówce stosowanych NLPZ znajdują się takie leki, jak ibuprofen i paracetamol, których spożycie wynosi dziesiątki ton rocznie. Wysokie spożycie skorelowane z wysokim współczynnikiem wydalania (ibuprofen jest wydalany w postaci niezmienionej i w niewielkim stopniu w postaci metabolitów), niepoprawna utylizacja czy składowanie są powodami obecności tych leków w środowisku naturalnym. Oczyszczalnie ścieków obecnie nie są przystosowane do wydajnego usuwania farmaceutyków, przez co znajdowane są one nie tylko w ściekach surowych, lecz także w ściekach oczyszczonych, jeziorach i rzekach. Stwarza to zagrożenie zarówno dla organizmów bytujących w zanieczyszczonych środowiskach, jak i dla człowieka. Skutki długotrwałej ekspozycji na działanie niskich stężeń NLPZ nie są znane. Leki z założenia są substancjami fizjologicznie czynnymi, w związku z czym mogą negatywnie modyfikować procesy życiowe organizmów. Celem badań jest poznanie i opisanie mechanizmów rozkładu ibuprofenu i paracetamolu przez mikroorganizmy. Zagadnienie obejmuje pozyskanie oraz identyfikację mikroor- 91 ganizmów zdolnych do metabolizowania leków oraz ich identyfikację metodami fenotypowymi, biochemicznymi, genetycznymi (FAMEs, system BIOLOG™, analiza 16S rDNA). Poznanie szlaków metabolicznych leków obejmować będzie identyfikację metabolitów pośrednich powstających w procesach degradacyjnych, a także identyfikację i charakterystykę enzymów zaangażowanych w te procesy. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Realizowany cel badań będzie podstawą do opracowania rozwiązań umożliwiających skuteczną eliminację leków ze środowiska. Pozyskanie mikroorganizmów o poszukiwanych zdolnościach metabolicznych oraz poznanie procesów odpowiedzialnych za przemiany leków stanowią podwaliny m.in. badań nad skutecznymi biopreparatami umożliwiającymi redukcję zanieczyszczeń farmaceutykami. Dopiero ostatnie lata zwróciły uwagę na problem zanieczyszczeń NLPZ,który z upływem czasu może się pogłębiać. Stanowi to więc doskonały obszar badań i opracowywania nowych rozwiązań technologicznych. ANNA NOWACKA Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii Instytut Inżynierii Środowiska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Wpływ koagulantów wstępnie zhydrolizowanych na poprawę jakości wody w Zakładzie Uzdatniania Wody Goczałkowice SKRÓCONY OPIS BADAŃ Średnie roczne zasoby wód powierzchniowych na 1 mieszkańca województwa śląskiego są czterokrotnie niższe od średniej europejskiej i trzykrotnie niższe niż dla całej Polski. Ze względu na stan zanieczyszczenia wód powierzchniowych tylko niewielka część zasobów wodnych nadaje się do gospodarczego wykorzystania. Dlatego też zarówno racjonalne gospodarowanie zasobami wodnymi, jak i zrównoważona gospodarka wodno-ściekowa należą do priorytetowych celów środowiskowych regionu. Z uwagi na duże zapotrzebowanie na wodę, przy jednoczesnych ograniczonych zasobach, konieczne jest udoskonalanie i usprawnianie procesów oczyszczania wody w celu zmaksymalizowania ich wydajności. Odpowiedni dobór technologii uzdatniania wody jest niezwykle ważny z punktu widzenia jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Szczególnie istotne są wstępne etapy uzdatniania wody, takie jak koagulacja, ponieważ w decydujący sposób wpływają na przebieg kolejnych procesów, a w efekcie na cały cykl uzdatniania wody. Celem realizowanego projektu jest poprawa jakości wody uzdatnianej w ZUW Goczałkowice poprzez zmianę obecnie stosowanego koagulantu niezhydrolizowanego – siarczan(VI)glinu na wybrany koagulant glinowy wstępnie zhydrolizowany. W badaniach uwzględniona zostanie koagulacja objętościowa wraz z sedymentacją. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zmiana koagulantu, z powszechnie stosowanego siarczanu(VI)glinu na koagulant glinowy wstępnie zhydrolizowany, ma pozwolić na zmniejszenie stosowanych dawek reagentów w procesie koagulacji oraz zapewnić lepsze efekty procesu przy krótszym czasie kontaktu koagulantu z wodą w poszczególnych etapach procesu koagulacji. Uzyskanie lepszej jakości wody po procesie koagulacji wpływa na zmniejszenie stosowanych dawek reagentów w kolejnych procesach. Wprowadzenie takich modyfikacji może mieć wpływ na obniżenie kosztów eksploatacyjnych (zmniejszenia zużycia energii elektrycznej), dzięki czemu będą mogły być zaliczane do technologii nie tylko skutecznych, ale także technologii z możliwie najmniejszym wpływem na środowisko. Wysoka skuteczność usunięcia zanieczyszczeń organicznych, w tym wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), minimalizuje tworzenie ubocznych produktów utleniania bądź dezynfekcji, szczególnie ważnych ze względu na ich potencjalnie negatywny wpływ na zdrowie ludzi. 92 URSZULA NOWAKOWSKA Uniwersytet Śląski [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Stworzenie narzędzi bioinformatycznych dla genomiki aplikacyjnej oraz analiza molekularna genów związanych z odpowiedzią na stres biotyczny i abiotyczny SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wiele czynników środowiskowych wpływa negatywnie na wzrost i rozwój roślin oraz końcowe wyniki wydajności upraw. Przykładami takich czynników mogą być: ekstremalne temperatury, susza, zasolenie, brak równowagi składników odżywczych, promieniowanie świetlne oraz zanieczyszczenia, takie jak metale ciężkie czy herbicydy. Konieczne jest poznanie mechanizmów obronnych pozwalających przetrwać roślinom w warunkach stresu oraz opracowanie narzędzi umożliwiających zastosowanie tej wiedzy w praktyce. Projekt doktorski podzielony jest na dwie części. Pierwsza z nich to analiza molekularna genów związanych z odpowiedzią na stres środowiskowy u roślin. Celem tych badań jest lepsze zrozumienie wpływu środowiska na rośliny i ich sposobu reagowania na niekorzystne warunki. Analizom laboratoryjnym zostaną poddane geny związane z odpowiedzią na stres suszy. Zbadane zostaną m.in. różnice w genomie, które mogą mieć wpływ na sposób reagowania roślin na czynniki stresowe. Druga część projektu to opracowanie i stworzenie narzędzi bioinformatycznych do badań i prac badawczo-rozwojowych z zakresu genomiki aplikacyjnej. Opracowane narzędzia będą integrować dane dotyczące genomów organizmów modelowych i organizmów hodowlanych o istotnym znaczeniu gospodarczym, a także umożliwiać badanie różnic w genomach. Zostanie opracowana baza danych oraz narzędzia bioinformatyczne do analizy danych, które umożliwiać będą m.in. wyszukiwanie, porównywanie i wizualizację danych. 93 Realizacja projektu pracy doktorskiej przyczyni się do stworzenia unikalnych narzędzi dla nowoczesnej biotechnologii, które będą bazowały przede wszystkim na ogromnej ilości danych. Zadaniem programów będzie zintegrowanie danych z różnych źródeł, przetworzenie ich w taki sposób, aby umożliwić wyciągnięcie odpowiednich wniosków oraz przeprowadzenie wybranych analiz i wizualizacji. Opracowane rozwiązania będą miały zastosowanie w analizach genomu i badaniu wpływu środowiska na organizmy, a także będą wspomagać proces praktycznego zastosowania zgromadzonej wiedzy, np. przy tworzeniu odmian odpornych na różne stresy środowiskowe, takie jak np. susza, zasolenie czy zanieczyszczenia. Dodatkowo przeprowadzone analizy molekularne pozwolą lepiej poznać wpływ czynników środowiskowych na organizmy i ich genomy. MONIKA NOWROTEK Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Katedra Biotechnologii Środowiskowej [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Mechanizm usuwania sulfametoksazolu i diklofenaku w oczyszczalniach hydrofitowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Mikrozanieczyszczenia występujące w środowisku w stężeniu kilku do kilkudziesięciu µg/l, pochodzące z antropogenicznych źródeł, np. farmaceutyki oraz środki pielęgnacyjne, stanowią coraz większy problem. Dotychczasowe badania nad metabolizmem farmaceutyków oraz ich losem w organizmie, zarówno zwierząt, jak i człowieka dowodzą, że znaczna część tych substancji jest wydalana często w niezmienionej formie, w związku z tym są obecne w ściekach komunalnych. Prowadzone badania ukazują powszechność występowania pozostałości lekowych w dopływie i odpływie z oczyszczalni ścieków, wodach powierzchniowych, wodzie podziemnej oraz w wodzie pitnej. Przedmiotem badań jest określenie roli procesów życiowych roślin, biocenozy ich strefy okołokorzennej (ryzosfery) i pozostałej części złoża hydrofitowego w usuwaniu substancji farmaceutycznych, jak również ustalenie znaczenia fizycznych zjawisk tam występujących – głównie sorpcji. Prowadzone również będą badania zmierzające do ustalenia szlaków metabolicznych, jakim podlegają farmaceutyki podczas biodegradacji w tego typu systemie. Monitoring biotransformacji wybranych substancji farmaceutycznych dokonywany będzie za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC, sprzężonej z detektorem UV oraz tandemowym spektrometrem masowym LS-MS/MS, z jonizacją poprzez elektrorozpraszanie. W identyfikacji składu ryzosfery, służącej oszacowaniu zmienności i bioróżnorodności bakterii w układzie badawczym, wykorzystane zostaną techniki PCR-DGGE w połączeniu z klonowaniem i sekwencjonowaniem. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Województwo śląskie jest obszarem silnie zurbanizowanym, co wiąże się z obecnością licznych ośrodków wprowadzających do środowiska związki ksenobiotyczne, mogące niekorzystnie wpływać na zdrowie osób zamieszkujących ten region. Problem związany z obecnością substancji farmaceutycznych, m.in. w wodzie pitnej i powierzchniowej, dyskutowany na arenie międzynarodowej skutkuje nowymi dyrektywami, wskazującymi konieczność monitorowania, a także ograniczenia emisji wybranych związków do środowiska. Województwo śląskie, chcąc sprostać wymaganiom stawianym przez prawo unijne, zobowiązane jest do poszukiwania nowych technologii, które nie tylko będą skutecznie usuwać omawiane zanieczyszczenia, lecz także będą ekologiczne oraz energooszczędne. W praktyce wyniki proponowanych badań pomogą w stworzeniu systemu, który może zostać wykorzystany jako kolejny etap oczyszczania ścieków. Uzyskane wyniki badań mogą skutkować opracowaniem optymalnego rozwiązania technologicznego, pozwalającego na usunięcie z wody substancji farmaceutycznych w biologicznie bezpieczny sposób, bez konieczności stosowania drogich, skomplikowanych metod. 94 JOANNA ORZEŁ Uniwersytet Śląski Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Modelowanie nieselektywnych sygnałów analitycznych w kontekście kontroli jakości wybranych produktów SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prowadzone badania są osadzone w dziedzinie nauki nazywanej analityką procesową. Jej przedmiotem jest kontrola procesów produkcyjnych w celu zapewnienia odpowiedniej jakości produktów. Wykorzystuje ona osiągnięcia wielu gałęzi nauki, jednak najintensywniej eksplorowane są zagadnienia chemii analitycznej i chemometrii. Dzięki tej dziedzinie wiedzy możliwe jest usprawnienie procesów produkcyjnych (poprzez wprowadzanie innowacyjnych rozwiązań do już istniejących procesów) lub projektowanie i budowa nowych, inteligentnych oraz energooszczędnych instalacji i fabryk. W znaczny sposób przyczynia się to do ochrony środowiska naturalnego, np. poprzez ograniczenie emisji odpadów i minimalizację kosztów energetycznych. Istotnym zagadnieniem dla każdego procesu lub produktu jest informacja o jego jakości. Wysokie standardy, które powinny spełniać wszelkie produkty, wymuszają staranne planowanie sposobu produkcji i użycie coraz nowszych metod kontroli jakości. Odpowiednio dobrana technika analityczna daje sygnał czuły na zmiany zachodzące w trakcie monitorowanego procesu. W badaniach są wykorzystywane nieselektywne sygnały analityczne oraz odpowiednie chemometryczne metody ich modelowania do konstrukcji nowych narzędzi analitycznych pozwalających w sposób jakościowy lub ilościowy oszacować właściwość wybranego produktu lub stan monitorowanego procesu. Ze względu na ochronę środowiska naturalnego głównym rozpuszczalnikiem używanym podczas badań jest woda. Aby zminimalizować ilość odpa- 95 dów chemicznych generowanych podczas analizy opracowane będą również metody niewymagające użycia medium rozpuszczającego. W badaniach skupiono się na szerokiej gamie produktów, jak: olej napędowy, żywność lub odpady pochodzące z procesów produkcyjnych, w kontekście ich zagospodarowania. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Województwo śląskie jest obszarem wysoko uprzemysłowionym. Mimo tego nowoczesne techniki instrumentalne połączone z rozwiązaniami chemometrycznymi w kontekście kontroli procesów i jakości produktów są wykorzystywane w sposób niedostateczny, biorąc pod uwagę liczne przedsiębiorstwa, które mogłyby usprawnić kontrolę procedur. Wprowadzenie tego typu innowacyjnych rozwiązań, wpływających na usprawnienie szeroko pojętej kontroli procesów, z pewnością przyczyni się do wzrostu jakości usług i towarów proponowanych przez śląskie przedsiębiorstwa, obniżenia kosztów produkcji i ich szybszego rozwoju, jak również ochrony środowiska naturalnego naszego regionu. MAŁGORZATA PAWLIK Uniwersytet Śląski Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Katedra Mikrobiologii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Rola bakterii endofitycznych w fitoremediacji gleb skażonych związkami ropopochodnymi SKRÓCONY OPIS BADAŃ Skażenie gleb związkami ropopochodnymi, których toksyczne i mutagenne właściwości wpływają negatywnie na organizmy żywe, zmusza nas do poszukiwania wydajnych metod usuwania tych zanieczyszczeń ze środowiska. Metody oczyszczania gruntów oparte na procesach fizykochemicznych często są kosztowne i prowadzą do niekorzystnych zmian struktury gleby. Obiecującą alternatywą dla wyżej wymienionych technologii są biologiczne metody oczyszczania środowiska, jak fitoremediacja, która polega na wykorzystaniu roślin i towarzyszących im mikroorganizmów do usuwania toksycznych związków występujących w glebie. Duże nadzieje wiąże się z bakteriami endofitycznymi zamieszkującymi zdrowe tkanki roślin. Ze względu na ich zdolności degradacyjne i posiadanie wielu mechanizmów wspomagających wzrost i rozwój rośliny, uważane są za ważne narzędzia zwiększające efektywność fitoremediacji. Prowadzone badania dotyczą charakterystyki bakterii endofitycznych izolowanych z tkanek roślin zebranych z terenu silnie skażonego surową ropą naftową w pobliżu rafinerii w Czechowicach-Dziedzicach. Bakterie endofityczne stanowią naturalną mikroflorę wielu, jak nie wszystkich, roślin wyższych. Dlatego niezwykle ważne jest poznanie bioróżnorodności zespołów bakterii endofitycznych zamieszkujących rośliny narażone na wieloletnie i toksyczne działanie wysokich stężeń związków ropopochodnych. Ważnym elementem podjętych badań jest utworzenie kolekcji szczepów bakterii endofitycznych, scharakteryzowanych pod kątem biochemicznym i genetycznym. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Prowadzone badania pozwolą opracować odpowiednią i wydajną metodę biologicznej rekultywacji gleb skażonych związkami ropopochodnymi, tak aby niebezpieczne odpady nie stanowiły bezpośredniego zagrożenia dla gleb i wód gruntowych. Bakterie endofityczne posiadające mechanizmy odpowiedzialne za promowanie wzrostu roślin i rozkład związków ropopochodnych posłużą do stworzenia bioszczepionki wspomagającej proces fitroremediacji. Zoptymalizowana metoda może być wykorzystana nie tylko na terenie rafinerii w Czechowicach-Dziedzicach, ale także na innych zanieczyszczonych węglowodorami obszarach. Przedstawione badania dotyczą niezwykle ważnych zagadnień związanych z ekologią mikroorganizmów i ochroną środowiska. Pozwolą poznać oddziaływania zachodzące pomiędzy bakteriami a roślinami narażonymi na wieloletnie działanie związków ropopochodnych. 96 AGNIESZKA PLACEK Politechnika Częstochowska Instytut Inżynierii Środowiska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Sekwestracja węgla w procesie wspomaganej fitoremediacji gleb zdegradowanych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Degradacja gleby w różnych formach stanowi jeden z podstawowych problemów w Polsce. W obecnych czasach coraz większego znaczenia nabierają biologiczne techniki rekultywacji gleb zdegradowanych, a w szczególności metoda fitoremediacji. Wykorzystuje ona naturalne zdolności roślin wyższych do oczyszczania gleb zarówno z zanieczyszczeń o charakterze organicznym, jak i nieorganicznym. Celem prowadzonych badań jest opracowanie technologii pozwalającej na praktyczne połączenie procesu sekwestracji węgla w gruncie i oczyszczania gleby obciążonej wybranymi zanieczyszczeniami, poprzez fitoremediację opartą na hodowli drzew i roślin energetycznych, wspomaganą organicznymi dodatkami doglebowymi. Proces sekwestracji węgla polega na wiązaniu tego pierwiastka przez rośliny, ich rozkładzie oraz humifikacji w glebie, co prowadzi do zwiększenia zawartości węgla w gruncie, a obniżenia stężenia CO2 w atmosferze. Skorelowanie tych dwóch procesów przyczynia się do równoczesnej poprawy jakości podłoża glebowego, przywrócenia terenom wartości krajobrazowych i użytkowych oraz ograniczenia emisji CO2 na terenie województwa śląskiego. 97 Połączenie procesu fitoremediacji gleb zdegradowanych oraz sekwestracji węgla w gruncie przyczynia się zarówno do ochrony środowiska, jak i jego rekultywacji. Ponadto możliwość wykorzystania odpadów i ubocznych produktów o dobrej jakości, tj. kompostu, osadów ściekowych, jako dodatków wspomagających proces fitoremediacji jest dobrym sposobem zagospodarowania znacznej ilości substancji odpadowych. Do zalet takiego rozwiązania należy również możliwość wykorzystania gatunków energetycznych i leśnych. Rośliny te charakteryzują się dobrym wiązaniem gleby, uniemożliwiającym nadmierne uwalnianie CO2 do atmosfery oraz jednocześnie dużym zapotrzebowaniem na atmosferyczny CO2 i wysoką wartością energetyczną. Takie rozwiązanie daje możliwość redukcji części nakładów finansowych za sprawą rozwoju alternatywnych źródeł energii, sprzedaży uzyskanej biomasy roślinnej oraz zniwelowania kar za przekroczenia dopuszczalnych poziomów emisji zanieczyszczeń powietrza. Prowadzone badania stwarzają zatem możliwość minimalizacji kosztów i maksymalizacji korzyści, związanych z powtórnym wykorzystaniem terenów zdegradowanych poprzez integrację metod remediacji terenów z technologiami stosowanymi w energetyce. IWONA POKORSKA-SILVA Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Ocena wrażliwości odpowiedzi termicznej badanych obiektów w kształcie kopuły na czynniki klimatyczne, architektoniczne i materiałowe w symulacjach numerycznych oraz badaniach in situ SKRÓCONY OPIS BADAŃ Badania nad modelami opisującymi zachowanie budynku w interakcji z otoczeniem, wchodzące w zakres współczesnej fizyki budowli, powodują, że skuteczność ochrony cieplnej coraz ściślej wiązana jest z symulacjami energetycznymi. Numeryczne analizy symulacyjne uwzględniające wyniki otrzymywane w badaniach in situ pozwalają na bardzo dokładne odwzorowanie procesów wymiany ciepła zachodzących w budynku. Elementem podejmowanej rozprawy doktorskiej, realizowanym w ramach zgłaszanego projektu jest ocena wrażliwości odpowiedzi termicznej badanych obiektów na czynniki klimatyczne, architektoniczne i materiałowe w symulacjach numerycznych oraz badaniach in situ. Przewiduje się m.in. określenie wpływu na rezultat oceny energetycznej: zwartości bryły obiektu, braku mostków termicznych, jednorodności obudowy; badanie jakości osłony termicznej obudowy oraz określenie zysków i strat ciepła. Ocena analityczna zostanie przeprowadzona przy zastosowaniu: średniej temperatury powietrza zewnętrznego w analizowanych okresach, a także dynamicznej metody symulacyjnej do obliczeń cieplnych, z wykorzystaniem lokalnej bazy klimatycznej. Oceny in situ przewidują: badania odpowiedzi termicznej w obiekcie rzeczywistym zlokalizowanym na terenie Śląska oraz testy pomocnicze na obiekcie badawczym Katedry BOiFB Wydziału Budownictwa. Obiektami planowanych badań są budowle w kształcie kopuły. Na podstawie badań wstępnych oraz obserwacji można stwierdzić, że kopuły wy- kazują cechy obiektów energooszczędnych. Do ich zalet, wiążących się z energooszczędnością możemy zaliczyć: wartość bryły obiektu, dobrą izolacyjność termiczną, mniejsze zużycie energii do ogrzewania i chłodzenia (w porównaniu z obiektem prostopadłościennym o tej samej kubaturze) oraz właściwy mikroklimat wewnętrzny. Pozostałe zalety to: niezmiernie ważna dla terenów Śląska odporność na szkody górnicze (sztywność przestrzenna kopuły jednokomorowej zapewnia, jak wykazują obliczenia statyczne, pełną odporność na szkody górnicze – deformacje podłoża i ewentualne wstrząsy), szybkość oraz niższe koszty budowy w porównaniu z obiektami standardowymi, a także duże możliwości kształtowania przestrzeni wewnętrznej dzięki nieobecności podpór czy filarów. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW Przeprowadzone badania pozwolą na ocenę pełnego zachowania termicznego badanych obiektów w kształcie kopuły, dając możliwość przedstawienia korzyści eksploatacyjnych i ekonomicznych ich budowy. Ponadto praca ta przyczyni się do rozpowszechnienia procedur symulacyjnych przy ocenie wpływu oddziaływań czynników lokalizacyjnych na charakterystykę energetyczną budynków już na etapie wyboru rozwiązań architektoniczno-materiałowych. 98 ANNA POSKART Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Analiza wpływu wybranych parametrów procesu spalania na powstawanie zanieczyszczeń gazowych w hutniczych piecach grzewczych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Współczesne przemysłowe piece grzewcze stanowią skomplikowane urządzenia cieplne, w których zachodzą złożone zjawiska związane z chemią procesu spalania paliw. Zarówno w światowym hutnictwie, jak i w polskich hutach dominującym typem pieców są piece przepychowe do nagrzewania wsadu w walcowniach gorących, opalane paliwem gazowym. Dokładne poznanie mechanizmów chemicznych formowania i destrukcji zanieczyszczeń w procesach spalania wymaga szerokich opracowań teoretycznych, badań laboratoryjnych i przemysłowych, jak również obliczeń numerycznych. Analiza, będąca przedmiotem rozprawy doktorskiej, polega na przeprowadzeniu szerokiego zakresu badań eksperymentalnych w zakresie pomiaru stężeń głównych zanieczyszczeń gazowych (CO2, NOx i CO) dla różnych parametrów prowadzenia procesu, a mianowicie: temperatury, stosunku nadmiaru powietrza, stopnia podgrzania powietrza oraz udziału tlenu w utleniaczu, i na odpowiednim doborze parametrów procesu spalania gazu ziemnego, w celu zminimalizowania emisji niepożądanych zanieczyszczeń gazowych, przy jednoczesnym utrzymaniu wysokiej efektywności energetycznej. Dopełnieniem tej analizy będą obliczenia numeryczne chemii spalania gazu ziemnego z wykorzystaniem programu CHEMKIN-PRO. 99 Uzyskane wyniki badań eksperymentalnych i modelowych mogą być niezwykle przydatne przy podejmowaniu działań zmierzających do optymalizacji procesu spalania. Znajomość mechanizmów formowania zanieczyszczeń w poszczególnych strefach pieca umożliwi, poprzez dobór parametrów procesu spalania, ograniczenie zużycia paliwa, jak również minimalizację ilości zanieczyszczeń, a w rezultacie rozwój specjalnych, niskoemisyjnych technologii spalania i nagrzewania wsadu nie tylko dla województwa, lecz także w szerszym ujęciu. Efektem analizy otrzymanych w ramach pracy doktorskiej wyników będzie propozycja doboru optymalnych warunków prowadzenia procesu spalania w hutniczych piecach grzewczych w celu ograniczenia emisji powstających zanieczyszczeń. Umożliwi ona modernizację już istniejących obiektów, jak również może okazać się niezwykle pomocna podczas projektowania nowych komór spalania urządzeń grzewczych. Realizacja pracy doktorskiej może zaspokoić potrzeby hutnictwa w zakresie usprawnienia infrastruktury technicznej, co przyczyni się do poprawy sytuacji gospodarczej i rozwoju województwa śląskiego. KRZYSZTOF RAJCZYKOWSKI Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Analiza właściwości biosorpcyjnych wybranych odpadów rolnych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem badań było poznanie właściwości biosorpcyjnych rodzajów słomy, które ze względu na strukturę zasiewu w naszym kraju stanowią popularne odpady rolne. Adsorbowanymi związkami były wysoce toksyczne względem organizmów żywych metale ciężkie, a dokładniej kadm, ołów i miedź, stosowane w postaci wodnych roztworów łatwo rozpuszczalnych soli. Do badań wybrano słomę pochodzącą z upraw pszenicy, jęczmienia, żyta oraz owsa. W trakcie badań nie ograniczono się jedynie do analizy wydajności biosorpcji różnych gatunków słomy, lecz przeprowadzono również modyfikacje chemiczne, mające na celu poprawę wspomnianych własności biosorpcyjnych. Dodatkowo zbadano również wydajność i przebieg procesu usuwania metali ciężkich na słomie za pomocą różnych typów reaktorów. Uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, jaki rodzaj słomy, którego typu modyfikacja oraz jaki rodzaj reaktora najlepiej nadają się do usuwania konkretnych metali ciężkich z wody. Ostatnim istotnym aspektem badań była analiza wpływu zewnętrznego pola elektrycznego oraz magnetycznego na procesy biosorpcji zachodzące w poszczególnych reaktorach. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wyniki badań stanowią bardzo istotne źródło wiedzy na temat łatwo dostępnych w Polsce, tanich i ekologicznych sorbentów, które mogą być użyte do usuwania metali ciężkich z różnego rodzaju roztworów wodnych, w tym także ze ścieków przemysłowych. Odpowiednie dobranie biosorbentu, rodzaju reaktora oraz ewentualnej modyfikacji chemicznej do konkretnego procesu technologicznego pozwoli na minimalizację kosztów związanych z procesami oczyszczania bądź podczyszczania ścieków i wód procesowych. Dodatkowo zastosowanie ewentualnych modyfikacji za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego lub elektrycznego wiąże się z bardzo niskimi kosztami, co również ma istotny wpływ na ewentualne praktyczne zastosowania tego typu rozwiązań. 100 AGNIESZKA RORAT Politechnika Częstochowska [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Poszukiwanie molekularnych i immunologicznych mechanizmów we wzajemnych oddziaływaniach między dżdżownicami a osadami ściekowymi w trakcie procesu wermikompostowania SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wermikompostowanie to niedroga i skuteczna ekobiotechnologia, która wykorzystuje dżdżownice jako naturalne bioreaktory w procesie dekompozycji materii organicznej. Stosowane w Europie trzy gatunki tych bezkręgowców: Eisenia fetida, Eisenia andrei i Dendrobaena veneta charakteryzują się dużą odpornością na zmieniające się warunki i obecne w podłożu zanieczyszczenia. Dzięki temu możliwe jest wprowadzenie dżdżownic do procesu kompostowania osadów ściekowych, których zagospodarowanie stało się prawdziwym wyzwaniem dla inżynierii środowiska. Rozpowszechnianie procesu wermikompostowania musi zostać poprzedzone dokładnymi badaniami fizyczno-chemicznymi podłoża oraz dżdżownic, konieczne jest też poznanie mechanizmu oddziaływania zanieczyszczeń zawartych w osadzie ściekowym na funkcjonowanie układu odpornościowego tych zwierząt. Głównym celem projektu jest zebranie informacji na temat parametrów krytycznych w procesie, odszukanie i wskazanie zanieczyszczeń, które w znacznym stopniu wpływają na układ immunologiczny dżdżownic w kontekście otrzymania produktu – kompostu o najkorzystniejszych właściwościach. 101 Poznanie mechanizmów zaangażowanych w proces i dopracowanie jego parametrów w zależności od własności zastosowanego substratu pozwolić może na późniejsze wdrożenie techniki, szczególnie w przypadku niewielkich oczyszczalni komunalnych, nie tylko ze względu na aspekt środowiskowy, ale też ekonomiczny. Znajomość składu mikrobiologicznego podłoża pozwoli na ustalenie, w jakim stopniu zostaje zredukowane zagrożenie związane z obecnością w ściekach patogenów szkodliwych dla człowieka, ale też pozwoli na stwierdzenie, w jakim stopniu obecność konkretnych gatunków bakterii wpływa na aktywność dżdżownic. Genetyczny profil zmian zachodzących w organizmie dżdżownic, uzyskany dzięki zastosowaniu najnowszych narzędzi biologii molekularnej, w korelacji ze zmianami w fizjologii zwierząt, pozwoli na wskazanie gatunku najlepiej dostosowanego do kompostowania konkretnego osadu. Ponadto wiedza o tym, jak metale ciężkie, mikroorganizmy, WWA czy pestycydy wpływają na dżdżownice i czy mogą one zostać „usunięte” przez nie ze skażonego środowiska, może wzmocnić rolę wermikompostowania jako metody utylizacji osadów ściekowych w Polsce i na świecie. MAGDALENA STEC Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Proces strącania fluorku wapnia w mieszalniku statycznym z płynu poabsorpcyjnego odsiarczania spalin metodą amoniakalną SKRÓCONY OPIS BADAŃ Funkcjonalność województwa śląskiego oparta jest na wykorzystaniu technologii węglowych, stwarzających zagrożenie dla środowiska naturalnego. Wiadomym jest, iż spaliny odprowadzane z kotłów elektrowni i elektrociepłowni, zasilanych węglem, powodują emisję szkodliwych substancji, takich jak: tlenki siarki i azotu, a także chlorowodór i fluorowodór. Zgodnie z obowiązującymi normami ochrony środowiska konieczne jest obniżanie emisji ww. gazów, a jednym z rozwiązań przemysłowych jest mokra metoda amoniakalna. Obejmuje ona: 1) absorpcję składników spalin w wodzie amoniakalnej, 2) przerób płynu po absorpcji na krystaliczny siarczan amonu. W praktyce prowadzenie drugiego etapu stwarza wiele problemów, które związane są z występowaniem związków fluoru w płynie po absorpcji. Tendencja połączeń fluoru z amoniakiem uniemożliwia pełny zawrót strumieni mediów i stwarza zagrożenie niekontrolowanej emisji amoniaku do otoczenia. Kolejnym problemem jest oddziaływanie korozyjne związków fluoru na metalowe tworzywa konstrukcyjne. Korozja generuje warunki do intensywnego tworzenia narostów krystalicznych na powierzchniach stykających się z mediami procesowymi. Stanowi to jedną z podstawowych przyczyn zaburzeń technologiczno-ruchowych występujących w instalacjach, powodując istotne obniżenie wskaźników techniczno-ekonomicznych procesu. Stąd też opracowanie założeń technologicznych procesu usuwania fluoru z płynu po absorpcji spalin z zastosowaniem metody strącania fluorku wapnia jest niezbędnym uzupełnieniem technologii, umożliwiającym wprowadzenie nowatorskich rozwiązań poprzez wykorzystanie mieszalników statycznych, oraz pozwala na zmniejszenie powierzchni wymaganej pod budowę instalacji, znaczne obniżenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Dodatkowym atutem przedstawionej koncepcji jest zastosowanie zaawansowanych technik komputerowych CFD, umożliwiających opracowanie modelu numerycznego weryfikowanego na podstawie wykonanych badań eksperymentalnych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Realizacja projektu pozwoli na utworzenie kompleksowego projektu węzła strącania fluorku wapnia z płynu po absorpcji spalin, atrakcyjnego przede wszystkim dla sektora opartego na technologiach węglowych, umożliwiając modernizację istniejących już instalacji i prowadząc do nowych wdrożeń przemysłowych. 102 DARIUSZ SZEREMETA Uniwersytet Śląski Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Chromatograficzna ocena skuteczności bioremediacji środowiska gruntowo-wodnego skażonego pestycydami chloroorganicznymi i produktami ich rozpadu SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Celem projektu jest chromatograficzna ocena skuteczności bioremediacji środowiska gruntowo-wodnego skażonego pestycydami chloroorganicznymi (OCP) i produktami ich rozpadu. Projekt badawczy będzie obejmować chromatograficzne monitorowanie procesu bioremediacji wspomaganej biostymulacją i bioaugmentacją oraz obserwację naturalnego samooczyszczania środowiska. Skuteczność stosowanych procedur bioremediacyjnych oceniana będzie na przykładzie terenu w rejonie składowiska odpadów niebezpiecznych przy ZCH „Organika Azot” w Jaworznie. W programie Ochrony Środowiska dla województwa śląskiego teren ten uznany został jako jedno z największych zagrożeń środowiskowych w województwie śląskim. Stosowana w projekcie technika kapilarnej chromatografii gazowej (GC/MS oraz GC/ECD) jest obecnie jedyną techniką analityczną, umożliwiającą ocenę skuteczności biologicznego rozkładu pestycydów chloroorganicznych oraz identyfikację powstałych produktów. Zakres badań chromatograficznych nad skutecznością bioremediacji będzie obejmować zarówno badania modelowe w skali laboratoryjnej, jak i pilotażowe doświadczenia polowe. Prowadzony projekt badawczy pozwoli lepiej poznać przebieg procesu degradacji OCP oraz określić wpływ czynników środowiskowych na jego szybkość oraz efektywność. Chromatograficzna identyfikacja produktów rozkładu pestycydów chloroorganicznych umożliwi ocenę zagrożenia, jakie powstające podczas biodegradacji produkty stwarzają dla środowiska. Przełoży się to na możliwość zwiększenia kontroli nad procesem, co zasadniczo zwiększy jego efektywność. 103 Ze względu na nowatorskie rozwiązania problemu skażenia środowiska gruntowo-wodnego związkami z grupy pestycydów chloroorganicznych przewidywane wyniki badań mogą być szeroko upowszechnione. Wyniki analiz chromatograficznych zwiększą wiedzę o biodegradacji pestycydów chloroorganicznych w środowisku. Praktyczne wykorzystanie uzyskanych wyników umożliwi przeprowadzanie efektywnych i bezpiecznych dla środowiska remediacji gruntu zanieczyszczonego OCP, stwarzając szansę na rekultywację wielu obszarów zanieczyszczonych pestycydami. Wszystko to pozwoli na szersze stosowanie metod bioremediacji, które mogą stanowić tanią i bezpieczną alternatywę dla kosztownych i uciążliwych dla środowiska metod (chemicznych i fizycznych) oczyszczania terenów skażonych. ANNA SZYMONIK Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Adsorpcyjne usuwanie wybranych farmaceutyków z wody i ścieków SKRÓCONY OPIS BADAŃ Uzdatnianie wód oraz oczyszczanie ścieków należą do grupy najistotniejszych problemów inżynierii środowiska. Tereny województwa śląskiego są obszarem o niewielkich zasobach wodnych, szczególnie podziemnych. Jednocześnie rejon ten charakteryzuje się dużym zaludnieniem oraz uprzemysłowieniem. Jedną z metod o szerokim zastosowaniu, bez której prawidłowe uzdatnianie wód powierzchniowych jest niemożliwe, stanowi adsorpcja na węglach aktywnych. Granulowany węgiel aktywny jest używany głównie do usuwania zanieczyszczeń znajdujących się w wodach powierzchniowych, powstających w procesach uzdatniania lub w domowym oczyszczaniu wody. Metoda adsorpcji na węglach aktywnych jest wykorzystywana w wielu stacjach uzdatniania wód na terenie województwa śląskiego. Przedmiotem badań jest adsorpcja wybranych farmaceutyków z grupy niesteroidowych leków przeciwzapalnych (kwas acetylosalicylowy, ibuprofen sodu, naproksen sodu) oraz kwasu salicylowego na granulowanych węglach aktywnych. Badania nad adsorpcją substancji farmaceutycznych na węglach aktywnych przeprowadzane są na węglach aktywnych: WG-12, F-300, ROW-08 Supra. Badania adsorpcji niesteroidowych leków przeciwzapalnych są prowadzone w warunkach statycznych na roztworach modelowych i obejmują: ––badania kinetyki adsorpcji węgli aktywnych wobec ww. substancji farmaceutycznych i wyznaczenie izoterm adsorpcji, ––ocenę wpływu wartości pH i temperatury na efektywność procesów adsorpcji na ww. węglach aktywnych, ––ocenę adsorpcji ww. farmaceutyków na modyfikowanych węglach aktywnych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Tradycyjne metody oczyszczania ścieków nie eliminują skutecznie substancji leczniczych, które są coraz częściej identyfikowane w wodach powierzchniowych. Ten typ zanieczyszczeń nie jest obecnie monitorowany, chociaż doniesienia literaturowe świadczą o występowaniu tych zanieczyszczeń w wielu wodach powierzchniowych, w tym na terenie Śląska. W związku z wykorzystaniem wód powierzchniowych w SUW istnieje niebezpieczeństwo poboru wód, w których obecne są substancje farmaceutyczne. Badania pomogą ocenić możliwości usuwania tych zanieczyszczeń na węglach aktywnych, wskazać warunki, w których procesy adsorpcji ww. substancji farmaceutycznych zachodzą najefektywniej oraz mogą być wykorzystane jako jedno z kryteriów doboru określonych węgli aktywnych stosowanych w stacjach uzdatniania wody. 104 DOROTA ŚRODEK Uniwersytet Śląski [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Krystalochemia minerałów supergrupy mayenitu ze skał pirometamorficznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Celem projektu jest dokładne zbadanie i opisanie minerałów supergrupy mayenitu. Aby cel ten osiągnąć, niezbędne jest zebranie prób skalnych zawierających minerały supergrupy mayenitu ze wszystkich lokalizacji na świecie, a następnie dokonanie ich analizy jakościowej i ilościowej składu chemicznego. Niezbędne są również pomiary komórek elementarnych sieci krystalicznej poszczególnych minerałów, aby móc ustalić wygląd sieci krystalicznych i ułożenie w niej atomów. Badania mają również na celu określenie genezy poszczególnych minerałów supergrupy mayenitu oraz opracowanie modelu pokazującego, w jakim zakresie w obrębie tej grupy dochodzi do zjawiska mobilności pierwiastków i ich podstawień. Na podstawie uzyskanych podczas badań wyników analizy chemicznej obliczane są wzory chemiczne dla każdej mierzonej fazy oraz kwalifikowane są one do konkretnej grupy minerałów. Następnie na podstawie danych strukturalnych i wzorów chemicznych opracowywane są modele 3D sieci krystalicznej minerałów. Na tej podstawie możliwe jest znalezienie nowych, nieznanych faz oraz określenie możliwości podstawień diadochowych w fazach już znanych. Dzięki opracowaniu mineralogii prób i porównaniu ich z danymi literaturowymi oraz eksperymentalnymi możliwe jest określenie warunków powstawania poszczególnych znalezionych faz mineralnych, co pozwala na opracowanie warunków technicznych, jakie muszą być spełnione, żeby odtworzyć odpowiednik syntetyczny danej fazy. 105 Od momentu powstania zapotrzebowania na specjalistyczne materiały technologiczne widać wyraźny związek między minerałami a materiałami. Wykazano, że w naturze istnieje wiele związków, które mogą być z powodzeniem wykorzystywane jako inspiracje do poszukiwania i wytwarzania nowych materiałów. Przykładem takiego minerału jest właśnie mayenit, który z powodzeniem stosowany jest przy produkcji cementów, przeźroczystych przewodników oraz w ochronie środowiska. Opracowywany projekt da podstawy do stworzenia filtrów ścieków, które charakteryzować się będą niskimi kosztami produkcji oraz wysoką wydajnością, a także brakiem skutków negatywnych dla środowiska naturalnego. Projekt ten wpłynie także na przemysł ceramiczny – wiele nowoczesnych technologii w tej dziedzinie opiera się na mayenitach, wskutek czego przy znalezieniu nowych faz mineralnych w obrębie tej supergrupy możliwe są dalsze odkrycia w dziedzinie wytwarzania nowych materiałów dla przemysłu. AGATA ŚWIERC Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Wyznaczanie strat ciepła przez przenikanie istniejącego budynku mieszkalnego na potrzeby jego diagnostyki cieplnej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Sektor budownictwa odpowiada aż za 40% całkowitego zużycia energii. Ze względu na wiek i stan istniejącej infrastruktury budowlanej w sektorze tym istnieją duże możliwości poprawy efektywności zużycia energii, poprzez wprowadzenie działań termomodernizacyjnych opartych na wynikach obliczeń charakterystyk energetycznych i przeprowadzonych audytów. Redukcja zużycia energii w budynkach, uzyskana poprzez prawidłową ocenę ich stanu na podstawie procedur diagnostyki cieplnej (szczególnie strat związanych z przenikaniem) i właściwe przeprowadzenie modernizacji pozwoli nie tylko na zmniejszenie zużycia energii w budynkach, obniżenie kosztów ogrzewania i poprawę warunków zamieszkania lokatorów, ale także na ograniczenie wydobycia pierwotnych nośników energii, a tym samym ochronę środowiska i zmniejszenie emisji CO2 do atmosfery. Celem naukowo-badawczym realizowanej pracy doktorskiej jest zbadanie związków pomiędzy warunkami otoczenia, własnościami fizycznymi przegród budowlanych oraz systemem zaopatrzenia w ciepło w celu opracowania nowej, innowacyjnej metody pozwalającej na wyznaczenie strat ciepła budynku przez przenikanie na podstawie krótkich pomiarów in situ wykonywanych w ramach prowadzanej w budynkach diagnostyki cieplnej. W przeciwieństwie do dotychczasowych rozwiązań metoda ta wykorzystuje krótkie pomiary zużycia ciepła w budynku, dzięki czemu, z uwagi na niskie koszty i nakład pracy, może zostać z powodzeniem zastosowana w praktyce. W pracy doktorskiej zaproponowano metodę bilansową zmodyfikowaną tak, żeby było możliwe uwzględnienie nieustalonego charakteru wymiany ciepła występującego w warunkach rzeczywistych. Przepływ ciepła w budynkach jest procesem dynamicznym i dlatego szczególnie istotne w odniesieniu do krótkich pomiarów in situ jest zrozumienie zjawisk o nieustalonym charakterze występujących w czasie pomiarów. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zastosowanie opracowanej w pracy doktorskiej metody pozwoli na dokładniejsze wyznaczenie charakterystyki energetycznej budynku i wykonanie audytu określającego możliwości poprawy zastanego stanu ochrony cieplnej budynku, co w sposób bezpośredni przyczyni się do zwiększenia efektywności termomodernizacji, a tym samym do oszczędności energii i paliw używanych do jej wytworzenia, zatem również do ochrony środowiska. Modernizacja infrastruktury budowlanej województwa śląskiego pozwoli na zwiększenie atrakcyjności inwestycyjnej regionu poprzez stworzenie polepszonych warunków zamieszkania przy niższych kosztach ogrzewania oraz wpłynie korzystnie na jakość powietrza i ochronę środowiska naturalnego, co wpisuje się w założenia budownictwa zrównoważonego. 106 EDYTA TRZEBIŃSKA Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Instytut Techniki Cieplnej [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Eksperymentalno-numeryczne badania pracy silnika o zapłonie iskrowym zasilanego paliwami alternatywnymi SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W ostatnich latach w transporcie coraz większego znaczenia nabierają aspekty ekologiczne. W dużej części jest to związane ze zwiększeniem emisji zanieczyszczeń spowodowanym wzrostem liczby pojazdów, co wynika z rosnącej mobilności społeczeństw. Aby zapobiec dalszemu niekorzystnemu wpływowi motoryzacji na powietrze atmosferyczne, na silniki spalinowe nakładane są normy emisji szkodliwych substancji w spalinach. Coraz bardziej rygorystyczne normy emisji powodują, że producenci silników szukają nowych rozwiązań, aby sprostać rosnącym wymaganiom. Jednym z nich jest zastosowanie mieszanek ubogich paliw alternatywnych, jednak wiąże się to z koniecznością doboru materiałów konstrukcyjnych o odpowiednich parametrach wytrzymałościowych oraz przeciwkorozyjnych. Głównym celem naukowym prowadzonych badań jest budowa modelu numerycznego pozwalającego określić skład spalin oraz parametry termodynamiczne wewnątrz cylindra i w kolektorze wylotowym podczas spalania mieszanek ubogich paliw alternatywnych. Ponadto umożliwi on przeprowadzenie analizy zjawisk cieplno-przepływowych zachodzących w komorze spalania silnika. Opracowany model zostanie poddany weryfikacji i walidacji eksperymentalnej. 107 Zwalidowany model numeryczny posłuży do przeprowadzenia wielowariantowych obliczeń pozwalających zoptymalizować pracę silnika przy zasilaniu mieszankami ubogimi paliw alternatywnych. Znaczna liczba zmiennych powoduje, że badania doświadczalne są bardzo czasochłonne, generując przy tym znaczne koszty. Analiza numeryczna pozwala na znaczne zniwelowanie tych kosztów, ograniczając je do niezbędnego minimum. W związku z tym symulacje numeryczne są bardzo ważnym narzędziem wspierającym badania eksperymentalne podczas projektowania nowych i modyfikacji istniejących silników. Dopracowany model może w przyszłości posłużyć do wspomagania projektowania silników, jak również może mieć wpływ na ulepszenie kodu CFD. Wyniki symulacji numerycznych zarówno w zakresie temperatur ścianek wewnętrznych kolektora wylotowego, jak i wartości przepływu są także cenną wskazówką dla projektantów silników. Informacje te są bardzo trudne do uzyskania na drodze eksperymentalnej ze względu na bardzo duże koszty takich analiz oraz konieczność wysokiej częstotliwości próbkowania (72 tys. razy na sekundę, czyli co 14 mikrosekund). MAŁGORZATA WIĄCEK Uniwersytet Śląski [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Modyfikacja chemiczna polistyrenu w celu redukcji jego palności SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem badań jest modyfikacja chemiczna polistyrenu w celu redukcji jego palności na drodze kopolimeryzacji styrenu z modyfikowanymi monomerami. Obecnie najczęściej stosowaną metodą uniepalniania polistyrenu jest modyfikacja fizyczna związana z zastosowaniem addytywnych związków uniepalniających. Tego typu modyfikacja jest stosunkowo prosta do realizacji, jednakże nie jest pozbawiona wad; m.in. podczas spalania następuje emisja dużych ilości toksycznych gazów, a wraz ze zwiększeniem zawartości antypirenów addytywnych pogorszeniu ulegają właściwości mechaniczne tworzywa. Alternatywną metodą prowadzącą do redukcji palności polistyrenu jest modyfikacja chemiczna z zastosowaniem reaktywnych antypirenów. Wprowadzenie do struktury makrocząsteczki wybranych antypirenów reaktywnych połączonych kowalencyjnie z atomami halogenowców, fosforu, krzemu czy boru powinno zwiększyć stabilność termiczną oraz obniżyć palność polistyrenu. Związki te hamują reakcje rodnikowe zachodzące w fazie gazowej i stałej, które mają istotne znaczenie dla procesu spalania. Otrzymane (ko)polimery styrenowe poddawane są szczegółowym badaniom termicznym: analizie termograwimetrycznej (TGA) oraz różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), a także badane są pod względem palności z wykorzystaniem mikrokalorymetru pirolizy i spalania (PCFC). Wyniki tych analiz pozwolą świadomie projektować materiały polistyrenowe o zredukowanej palności. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Prowadzone badania mają na celu otrzymanie polistyrenu o ograniczonej palności, mogącego znaleźć praktyczne zastosowanie zarówno jako lity, jak i piankowy materiał polistyrenowy. Problem ograniczenia palności polistyrenu jest jak najbardziej aktualny z uwagi na prawodawstwo Unii Europejskiej, prowadzące do wycofywania w przyszłości powszechnie stosowanych antypirenów addytywnych. Zainteresowanie wynikami prowadzonych badań może być podyktowane aspektami ekonomicznymi oraz ekologicznymi, a uzyskana wiedza może przyczynić się zarówno do ochrony środowiska naturalnego w województwie śląskim, jak i dostarczyć nowych informacji na temat uniepalniania polimerów stosowanych jako materiały termoizolacyjne w obiektach budowlanych. W świetle współczesnych wymogów dotyczących ochrony środowiska naturalnego i dużego zapotrzebowania na materiały ognioodporne może mieć to duże znaczenie i powinno przełożyć się na praktyczne wykorzystanie zdobytej w wiedzy. 108 KRZYSZTOF WOLSKI Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Badania eksperymentalne spalania tlenowego biomasy agro i leśnej w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W ramach pracy wykonano wiele eksperymentów procesu spalania biomasy w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej w powietrzu oraz w mieszaninach O2/CO2 o koncentracji tlenu do 40%. Do badań zastosowane zostały różne paliwa biomasowe z uwzględnieniem ich podziału na rolniczą (agro) i leśną. Jest to o tyle istotne, że biomasa agro jest znacznie bardziej problematyczna w procesie spalania, gdyż posiada wysoką zawartość metali alkalicznych, chloru oraz pierwiastkowego azotu. Biomasę leśną stanowiła sosna zwyczajna oraz pelet drzewny. Natomiast na biomasę agro wytypowano słomę pszeniczną, wierzbę energetyczną, miskanta olbrzymiego oraz ślazowca pensylwańskiego. W ramach badań wykonano szczegółowe analizy badanych paliw, m.in. analizę techniczną i elementarną, porozymetrię ciśnieniowo-rtęciową, mikroskopię skaningową oraz wyznaczono temperatury mięknięcia i topliwości popiołów. Wyznaczono temperaturę powierzchni i środka próbki biomasy, czas i temperaturę zapłonu, czas spalania części lotnych, całkowity czas spalania oraz emisje zanieczyszczeń. Ponadto wyniki uzupełniono o analizę termograwimetryczną (TG/DTG/DTA). 109 Uzyskane wyniki badań eksperymentalnych mogą zostać wykorzystane w przyszłości do optymalizacji i usprawnienia spalania biomasy w kotłach z cyrkulacyjną warstwą fluidalną. Niewątpliwą innowacyjnością jest przeprowadzenie badań w metodzie spalania tlenowego, która zalicza się do technologii wychwytywania i składowania CO2 (Carbon Capture and Storage). Ogólnoświatowe zainteresowanie technologią wynika głównie z perspektywy bezpośredniej sekwestracji CO2. Koncepcja spalania tlenowego biomasy mogłaby w przyszłości pozwolić osiągnąć w założeniu „ujemną” emisję dwutlenku węgla do atmosfery. Wynika to z dwóch czynników: przepisów UE traktujących biomasę, jako paliwo zeroemisyjne oraz zasadniczej zalety technologii CCS – sekwestracji CO2. Technologia możliwa jest do zastosowania w istniejących jednostkach z cyrkulacyjną warstwą fluidalną poprzez dobudowę tlenowni, układu recyrkulacji spalin oraz instalacji oczyszczania i sprężania CO2. Ważnym aspektem w spalaniu tlenowym było oznaczenie temperatur topliwości popiołów dla paliw biomasowych, gdyż ich przekroczenie niesie ze sobą zasadnicze problemy: tworzenie się aglomeratów w warstwie fluidalnej oraz osadów na powierzchniach ogrzewalnych kotła. MAGDALENA WÓJTOWICZ Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN [email protected] obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska problem badawczy: Badania wpływu obecności grup funkcyjnych w polimerze na jego właściwości w procesie usuwania CO2 z gazów odlotowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prowadzone w ramach pracy doktorskiej badania dotyczą nowych materiałów membranowych projektowanych pod kątem ich przydatności do wydzielania CO2 z gazów powstających w procesach energetycznego spalania węgla. Uznaje się, że CO2 jest jednym z głównych gazów cieplarnianych powodujących ocieplenie klimatyczne i jedynie drastyczne ograniczenie emisji CO2 może zapobiec niekorzystnym zmianom. Celem pracy doktorskiej jest ustalenie zależności pomiędzy strukturą i właściwościami nowych polimerów w procesach membranowej separacji mieszaniny CO2 /N2. Badany jest wpływ określonych grup funkcyjnych wprowadzanych do łańcucha poliimidu na szybkość permeacji gazów przez membrany otrzymane z syntetyzowanych polimerów. Grupy funkcyjne wprowadzane są na drodze polikondensacji z wykorzystaniem odpowiednich monomerów lub poprzez postmodyfikację przy zastosowaniu reakcji Mitsunobu. Grupy te dobierane są pod kątem zwiększenia rozpuszczalności CO2 i/lub szybkości dyfuzji CO2 przez membranę, czego skutkiem powinien być wzrost jej przepuszczalności i selektywności. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Problem wzrastającej emisji CO2 do atmosfery i wynikającego z niej efektu cieplarnianego jest wprawdzie problemem globalnym, jednakże regulacje prawne wymuszające ograniczenia emisji CO2 będą dotykać szczególnie regionów wysoko uprzemysłowionych, w tym Śląska. Technologie membranowe uznawane są za przyjazne dla środowiska, a przy tym również za konkurencyjne w stosunku do konwencjonalnych metod separacji, głównie ze względu na mniejsze zużycie energii, niższe koszty instalacji oraz łatwość dostosowania do istniejących już technologii przemysłowych. O efektywności całego procesu separacji decyduje materiał, z którego wytwarzana jest membrana. W przypadku usuwania CO2 z gazów odlotowych istotna jest przede wszystkim jak największa przepuszczalność membrany w stosunku do CO2 przy odpowiednio wysokiej selektywności CO2 /N2. Materiały takie powinny być także odporne termicznie, aby zredukować koszty związane z chłodzeniem strumienia gazów odlotowych oraz odporne chemicznie ze względu na obecność agresywnych zanieczyszczeń, odporne na plastyfikację i starzenie oraz wykazywać dobre właściwości przetwórcze. Obecnie największe możliwości spełnienia tego rodzaju wymagań wykazują membrany polimerowe, w tym membrany otrzymywane z poliimidów. 110 111 TECHNOLOGIE INFORMACYJNE I TELEKOMUNIKACYJNE KAMIL DWORAK Uniwersytet Śląski, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach Instytut Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Zastosowanie metod inteligencji obliczeniowej w kryptologii SKRÓCONY OPIS BADAŃ Ograniczenia polegające na kontroli dostępu oraz najzwyklejszym uwierzytelnieniu są już dzisiaj niewystarczające. Niebezpieczeństwo przechwycenia jakichkolwiek danych wrażliwych może wywodzić się od samych administratorów i programistów danego systemu informatycznego. Z pomocą przychodzi tutaj kryptografia, nauka zajmująca się szyfrowaniem oraz deszyfrowaniem informacji. Głównym jej celem nie jest ukrycie faktu istnienia danej wiadomości, a przetworzenie jej do takiego stopnia, że staje się ona czytelna tylko przeznaczonym jej odbiorcom. Procesy kryptologiczne nie należą do najprostszych, a przede wszystkim najszybszych. Prowadzone badania dotyczą zastosowania metod sztucznej inteligencji (w szczególności inteligencji obliczeniowej) w procesach kryptologicznych w celu optymalizacji tych procesów. Wstępne wyniki badań zaprezentowano m. in. na konferencjach międzynarodowych, takich jak Asian Conference on Intelligent Information and Database Systems (2014) oraz International Conference on Computational Collective Intelligence Technologies and Applications (2014) i zostały one opublikowane w takich monografiach konferencyjnych jak Springer-Verlag Lecture Notes in Computer Science. Badania w dużej mierze opierają się na współpracy z gliwicką firmą Future-Processing, która daje możliwości wprowadzenia nowych algorytmów na rynek, dzięki czemu znajdują one swoje zastosowanie oraz zostają doskonale przetestowane w przemyśle informatycznym. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Usprawnienie obecnych algorytmów kryptologicznych może okazać się bardzo wartościowe dla każdej aplikacji i systemu informatycznego, przechowującego jakiekolwiek dane wrażliwe. Przyśpieszenie czasu działania algorytmów kryptologicznych znacznie poprawi ich efektywność, dzięki czemu będzie można podnieść standard ich bezpieczeństwa. Wprowadzone modyfikacje i usprawnienia do obecnie stosowanych algorytmów kryptologicznych umożliwią opracowanie oryginalnych i niespotykanych rodzajów szyfrowań, wymagających bardziej zaawansowanej kryptoanalizy. Wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie nie tylko do wiadomości tekstowych, lecz także do danych multimedialnych, takich jak obrazy czy dźwięki. Mogą być zastosowane w systemach medycznych (przechowujących np. zdjęcia rentgenowskie) czy w kryminalistycznych systemach biometrycznych (przechowywanie danych w postaci zdjęć odciski palców). Wszystkie multimedia powinny być zaszyfrowane do takiego stopnia, aby nie było możliwe podejrzenie ich przez osoby trzecie, którym udało się uzyskać do nich nieautoryzowany dostęp. 114 MICHAŁ FRĄTCZAK Politechnika Śląska [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Modelowanie i sterowanie płytowymi wymiennikami ciepła SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Temat pracy związany jest ściśle z zagadnieniami modelowania i symulacji procesów ciągłych – w tym przypadku procesu wymiany ciepła zachodzącego w wymienniku płytowym. Dzięki kompaktowej budowie i dużej efektywności działania wymienniki takie są obecnie powszechnie wykorzystywane w instalacjach nagrzewania/chłodzenia, praktycznie w każdej dziedzinie przemysłu. W pracy planuje się przeanalizowanie i weryfikację metod uproszczonego modelowania procesów wymiany ciepła pod kątem wykorzystania ich do modelowania płytowych wymienników ciepła tak, aby końcowa postać modelu stanowiła kompromis pomiędzy złożonością a możliwością opisania najważniejszych zjawisk zachodzących w aparacie. Dostępność takiego modelu umożliwi syntezę zaawansowanych algorytmów sterowania wymiennikiem ciepła. Planuje się wziąć pod uwagę regulatory predykcyjne, regulatory typu model-based oraz zupełnie nowatorskie regulatory bazujące na uproszczonej aproksymacji modelu w postaci równań różniczkowych cząstkowych. Odpowiednie algorytmy regulacji miałyby wpływ na poprawę wydajności oraz żywotności układów, w których są stosowane. Dodatkowo dzięki nim można zwiększyć kontrolę nad niewykorzystaną energią, dbając tym samym o ochronę środowiska. 115 Rejon województwa śląskiego należy do najbardziej uprzemysłowionych regionów Polski, a praktycznie w każdej gałęzi przemysłu można znaleźć procesy, w których wykorzystuje się zjawiska wymiany ciepła. Dotyczy to procesów nagrzewania/chłodzenia z wykorzystaniem płynnych czynników, np. wody lub glikolu. W takich przypadkach powszechnie wykorzystuje się płytowe wymienniki ciepła, które są w stanie zapewnić wysoką efektywność przy możliwie niewielkich rozmiarach samego aparatu. Tematyka pracy poświęcona jest uproszczonemu modelowaniu wymienników płytowych na cele syntezy zaawansowanych algorytmów regulacji tymi urządzeniami. Potencjalnie więc praktyczna implementacja takich algorytmów może przyczynić się do podniesienia konkurencyjności gospodarki regionu województwa śląskiego. TOMASZ GRZEJSZCZAK Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Wykrywanie i lokalizacja punktów charakterystycznych dłoni w obrazach cyfrowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prowadzone badania łączą dziedziny algorytmów wnioskowania oraz metody przetwarzania obrazów. W ramach rozprawy doktorskiej przygotowywany jest program wykrywający i lokalizujący punkty charakterystyczne dłoni w celu przyszłej identyfikacji ułożenia dłoni. Obecnie napotkać można wiele systemów rozpoznawania gestów, które tworzone są na podstawie różnych technologii. Niestety rozwiązania te często wymagają posiadania specjalistycznego sprzętu, którego cena bywa wysoka. W ramach prowadzonych prac skupiono się na algorytmach przetwarzania obrazu barwnego, ponieważ tradycyjne kamery światła widzialnego są powszechnie stosowane, a ich cena jest znacznie niższa. W implementowanym rozwiązaniu wykorzystano algorytmy detekcji skóry, metody ekstrakcji cech charakterystycznych z obrazu oraz metody wnioskowania w celu identyfikacji wykrytych punktów. W trakcie badań porównywane są istniejące algorytmy ekstrakcji cech dłoni z naciskiem na czas działania algorytmu, dokładność lokalizacji i liczebność poprawnie wyrytych punktów. Zaimplementowane rozwiązania poddawane są seryjnym testom na stworzonej bazie obrazów zawierających zdjęcia rąk przedstawiających różne gesty. Bazę tworzą zdjęcia kilkudziesięciu osób przedstawiających gesty polskiego i amerykańskiego języka palcowego. Wyniki uzyskiwane są za pomocą walidacji zbioru punktów wykrytych, z użyciem zbioru punktów charakterystycznych oznaczonych przez ekspertów. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Celem prowadzonych badań jest stworzenie algorytmu wykrywającego punkty charakterystyczne dłoni, aby opracować nowe technologie umożliwiające komunikację człowieka z komputerem za pomocą gestów. Szeroko rozumiana technologia dotykowa wykorzystywana jest w coraz większej liczbie urządzeń. Można zatem zakładać, że w przyszłości sterowanie bezdotykowe będzie równie powszechne. Wyniki prowadzonych badań można wykorzystać do tworzenia urządzeń sterowanych za pomocą gestów dłoni. Zastosowania praktyczne są nieograniczone. Od rynku innowacyjnych reklam, poprzez sterowanie urządzeniami użytku codziennego, do rozwiązań przemysłowych. W każdej branży można zastosować sterowanie z użyciem gestów w celu zwiększenia intuitywności sterowania. Dodatkowo algorytmy rozpoznawania gestów mogą zostać wykorzystane do stworzenia systemu rozpoznawania języka migowego. 116 AGNIESZKA KNOPPIK-WRÓBEL Politechnika Śląska Wydział Budownictwa [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Analysis of early-age thermal-shrinkage stresses in RC walls (Analiza naprężeń w ścianach żelbetowych poddanych wczesnym wpływom termiczno–skurczowym) SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem projektu badawczego jest stworzenie modelu numerycznego wraz z implementacją do analizy naprężeń powstających w ścianach żelbetowych we wczesnych fazach dojrzewania betonu. Beton jest obecnie jednym z najpopularniejszych materiałów konstrukcyjnych. Wczesne rysy o genezie termiczno-skurczowej są w tej technologii problemem powszechnym, a ich występowanie wiąże się z koniecznością pracochłonnych i kosztownych napraw. Na taki stan rzeczy składa się niemal brak w Polsce zaleceń normatywnych dotyczących sposobu uwzględniania wpływów termiczno-skurczowych w konstrukcjach betonowych oraz brak narzędzi do analizy tych konstrukcji. Rozwiązaniem jest stworzenie modelu numerycznego wraz z implementacją, umożliwiającego analizę ryzyka zarysowania o charakterze termiczno-skurczowym. Rozwinięty zostanie model numeryczny, przy użyciu którego możliwe będzie przeprowadzenie symulacji rozwoju temperatur twardnienia, zmian wilgotności, stanu naprężenia, wytężenia i ryzyka zarysowania w elementach betonowych z uwzględnieniem zróżnicowanych czynników materiałowych, warunków technologicznych i konstrukcyjnych. Jego kalibracja przeprowadzona będzie na podstawie danych uzyskanych z rzeczywistych obiektów. Model numeryczny pozwoli na analizę konstrukcji betonowych w czasie i przestrzeni, uwzględniając zmienność warunków środowiskowych i technologicznych, etapowe wykonanie elementu oraz jego współpracę z pod- 117 łożem gruntowym. Implementacja modelu będzie mogła być uruchamiana pod różnymi systemami operacyjnymi na typowych stacjach roboczych. Nie ma obecnie oprogramowania, które pozwoliłoby na tak kompletną analizę, zapewniając jednocześnie stosunkowo małą złożoność obliczeniową i prostotę obsługi. Otrzymane rezultaty analiz posłużą do opracowania metod obliczeniowych oraz zaleceń. Powstanie uproszczony model zachowania ścian żelbetowych: algorytm obliczeń wraz z parametrami. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W efekcie projektu powstanie zestaw narzędzi dla praktykujących inżynierów. Umiejętność symulacji zjawisk zachodzących w elementach konstrukcyjnych z młodego betonu umożliwi prawidłowe projektowanie i wykonawstwo nowych betonowych obiektów budowlanych oraz ocenę stanu technicznego obiektów istniejących. Pozwoli również na rozwój technologii betonu, a także udoskonalenie technik wykorzystywanych do wznoszenia i pielęgnacji konstrukcji betonowych. Umiejętność ograniczania ryzyka powstawania wczesnych rys termiczno-skurczowych zapewni projektowanie i wznoszenie obiektów o większej niezawodności. Rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne powstałe dzięki wykorzystaniu tego zestawu narzędzi mogą stać się elementem portfolio śląskich przedsiębiorców. JOLANTA KONIECZKOWSKA Uniwersytet Śląski Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Nowe fotoadresowalne polimery: badanie wpływu budowy chemicznej na właściwości, w tym indukowane światłem spolaryzowanym SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem pracy jest synteza i charakterystyka nowych polimerów z kowalencyjnie przyłączonymi chromoforami i fotoaktywnych polimerów supramolekularnych, w których analizowany będzie wpływ budowy łańcucha głównego polimeru i barwnika oraz sposobu jego połączenia z makrocząsteczką. Do syntezy przewidziane są fotoadresowalne polimery zawierające równocześnie w makrocząsteczce kilka typów chromoforów różniących się zakresem absorpcji promieniowania UV-vis. Poza syntezą celem pracy jest przeprowadzenie systematycznych badań dotyczących wybranych właściwości fizykochemicznych otrzymanych związków, w tym indukowanych światłem spolaryzowanym, w świetle szczegółowych zależności strukturalnych pod kątem zastosowania tychże materiałów do wytwarzania struktur fotonicznych, czy też do optycznego zapisu informacji. Badania prowadzone będą w „sprzężeniu zwrotnym”, tzn. wyniki badań określonych właściwości, w tym fotoindukowanej anizotropii optycznej, będą stanowiły inspirację do dalszej modyfikacji chemicznej otrzymanych związków. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ ności w ocenie ich przydatności jako materiałów do konkretnych zastosowań w optoelektronice i fotonice. Dlatego też pojawia się potrzeba prowadzenia badań, które określą zależności pomiędzy budową chemiczną a określonymi właściwościami. Otrzymanie i zbadanie związków przewidzianych do syntezy winno pozwolić na ustalenie pewnych zależności pomiędzy zjawiskami fotoindukowanymi a wybranymi elementami strukturalnymi. Z kolei uzyskanie tego rodzaju wiedzy umożliwi w pełni świadome projektowanie materiału, przy uwzględnieniu konkretnych wymagań stawianych związkom organicznym dla danego zastosowania, w tym przypadku do wytwarzania struktur fotonicznych czy też do holograficznego zapisu informacji. Struktury fotoniczne mogą znaleźć różnorodne zastosowanie, np. do wytwarzania dyfrakcyjnych elementów optycznych, warstw porządkujących ciekłe kryształy, sprzęgaczy światła w światłowodach planarnych czy elementów uginających światło. Nowym pomysłem jest zastosowanie siatek reliefowych jako warstw porządkujących barwniki w modułach fotowoltaicznych, które to badania zostaną przeprowadzone w firmie Abraxas. Wyniki badań będą przedmiotem publikacji w czasopismach o zasięgu międzynarodowym z tzw. Listy Filadelfijskiej i będą prezentowane na krajowych/międzynarodowych konferencjach. Prowadzone badania mają na celu otrzymanie nowych polimerów fotochromowych o potencjalnym zastosowaniu w fotonice i optoelektronice. Złożoność zjawisk decydujących o efektach fotoindukowanych w związkach organicznych szczególnie wielkocząsteczkowych, nastręcza trud- 118 SEBASTIAN KURCZYK Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Zastosowanie algorytmów typu soft computing w redukcji hałasu i drgań SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Badania skupiają się na udoskonaleniu metod aktywnej i półaktywnej izolacji wibroakustycznej pracujących urządzeń. Polegają na wykorzystaniu szeregu algorytmów zaliczanych do grupy soft computing, w tym między innymi sztucznych sieci neuronowych, logiki rozmytej, algorytmów ewolucyjnych i innych. Bezpośrednim celem prowadzonych badań jest redukcja hałasu pracującego urządzenia poprzez wzbudzenie do drgań jego obudowy. Zaletą metod aktywnej izolacji wibroakustycznej jest możliwość redukcji hałasu bez konieczności stosowania pasywnych barier, które mogą znacząco zwiększać gabaryty obudowy urządzenia i powodować problemy z wymianą ciepła przez obudowę. 119 Spodziewanym wynikiem prowadzonych badań jest opracowanie algorytmów sterowania i metodologii pozwalającej na ich zastosowanie w warunkach przemysłowych. Redukcja hałasu pracujących urządzeń może znaleźć zastosowanie w poprawie warunków na stanowisku pracy ludzi narażonych na nadmierną ekspozycję na hałas. Innym możliwym zastosowaniem prowadzonych badań może okazać się wyciszenie sprzętu gospodarstwa domowego. KATARZYNA ŁABA Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Charakterystyka nowych metalopolimerów przewodzących, zawierających w strukturze makrocykle pochodnej ftalocyjaniny, pod kątem zastosowania w optoelektronice molekularnej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Obecnie w optoelektronice powszechnie stosowane są nieorganiczne materiały półprzewodnikowe. Dążenie do zastąpienia klasycznych półprzewodników materiałami organicznymi związane jest z takimi zaletami związków organicznych, jak: elastyczność, tańsze metody przetwórcze oraz szeroki zakres właściwości optycznych, optoelektronicznych, foto- oraz elektroluminescencyjnych. Badania prowadzone w ramach pracy doktorskiej mają na celu syntezę nowych polimerów przewodzących oraz wykonanie zaawansowanej, kompleksowej charakterystyki fizykochemicznej materiałów, obejmującej badania: ––elektrochemiczne (woltamperometria cykliczna CV, pulsowa woltamperometria różnicowa DPV), ––spektroelektrochemiczne (UV-Vis-NIR, EPR – elektronowy rezonans paramagnetyczny), ––spektroskopowe (UV-Vis, fluorescencja). Materiały zostaną przebadane w postaci roztworów oraz cienkich warstw. Celem badań jest określenie wpływu ligandów aksjalnych (karbazolowych pochodnych pirydyny) na właściwości użytkowe kompleksów pochodnej metaloftalocyjaniny oraz wyciągnięcie szczegółowych wniosków o przydatności i sposobie zastosowania rozpatrywanych materiałów w urządzeniach optoelektronicznych. Proponowane związki mają łączyć w sobie korzystne właściwości karbazolu z bardzo dobrym fotoindukowanym przeniesieniem elektronu i dziur w metaloftalocyjaninach. Scharakteryzowane zostaną zarówno związki kompleksowe, jak i związki pełniące rolę ligandów. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Proponowane badania, a w konsekwencji również wytworzenie i rozpoznanie właściwości fizykochemicznych materiałów opartych na polimerach przewodzących pozwolą pogłębić wiedzę o wpływie struktury polimeru na jego konkretne, pożądane właściwości, mające kluczowe znaczenie w konstrukcji urządzeń stosowanych w optoelektronice. Umożliwi to produkcję wyrobów o lepszych i pożądanych cechach. Materiały otrzymane na bazie proponowanych związków mogą być potencjalnie zastosowane w szerokiej gamie zastosowań komercyjnych, np.: organicznych diodach elektroluminescencyjnych (OLED), panelach elektrochromowych lub ogniwach fotowoltaicznych. Na podstawie przeprowadzonych badań zostanie określone ewentualne, możliwe zastosowanie badanych związków w przemyśle optoelektronicznym. 120 TOMASZ NOWAK Politechnika Częstochowska Instytut Inteligentnych Systemów Informatycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Algorytmy wyszukiwania oraz porównywania obrazów w dużych zbiorach danych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Głównym celem badań jest opracowanie efektywnych i innowacyjnych metod eksploracji obrazów zapisanych w postaci cyfrowej oraz stworzenie odpowiedniego indeksu w bazie danych, przyśpieszającego proces ich wyszukiwania. Zadanie to składa się z wielu mniejszych złożonych matematycznie problemów, które należy rozwiązać w celu osiągnięcia założonego efektu. Praca naukowa skupia się na badaniu oraz modyfikacji istniejących metod i tworzeniu nowych algorytmów dotyczących przetwarzania obrazów, które znajdują zastosowanie na wielu różnych płaszczyznach, zaczynając od sieci WWW, poprzez turystykę, różnego rodzaju procesy przemysłowe na zastosowaniach medycznych kończąc. Celem pracy jest opracowanie efektywnych metod semantycznej analizy obrazu, które pozwolą na zapis obrazu cyfrowego do bazy danych w formie, umożliwiającej jego wydajne porównywanie z innymi obrazami znajdującymi się w przeszukiwanym zbiorze. Badania są prowadzone na podstawie faktycznej zawartości obrazu (tzw. semantyczna analiza obrazu). Zestaw technik dotyczących komputerowego przetwarzania obrazów (CBIR) pozwala na faktyczną analizę obrazów, a nie słowa kluczowe i etykiety skojarzone z obrazami. Wyszukiwanie obrazów na podstawie ich zawartości jest zbiorem metod z różnych dziedzin, takich jak statystyka, rozpoznawanie obrazów i wzorców, przetwarzanie sygnałów, uczenie maszynowe, inteligencja obliczeniowa, widzenie komputerowe oraz bazy danych. 121 Efektywne zastosowanie technik przetwarzania obrazów w wielu dziedzinach gospodarczych nie wymaga dużych nakładów finansowych, a daje ogromne możliwości modyfikacji istniejących procesów przemysłowych oraz rozwoju innowacyjnych technologii. Dzięki zastosowaniu technik przetwarzania obrazów małe i średnie przedsiębiorstwa będą mogły pozwolić sobie na zastosowanie nowoczesnych technologii. Specjalistyczne techniki przetwarzania obrazów są doskonałym narzędziem do zwiększenia wydajności istniejących rozwiązań w wielu różnych dziedzinach. Konkretnymi przykładami wykorzystania wydajnych technik przetwarzania obrazu mogą być m.in.: • nowoczesne techniki pomiarowe, • automatyzacja procesów przemysłowych, • kontrola jakości różnych etapów produkcji, • nowoczesna diagnostyka wizyjna, • diagnostyka medyczna. SANDRA PLUCZYK Politechnika Śląska Wydział Chemiczny, Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Bipolarne pochodne s-tetrazyny do zastosowań jako materiały aktywne w optoelektronice SKRÓCONY OPIS BADAŃ Głównym celem badań prowadzonych w ramach pracy doktorskiej jest charakterystyka elektrochemiczna i spektroelektrochemiczna organicznych układów niskocząsteczkowych i układów oligomerowych i polimerowowych otrzymanych na drodze elektrochemicznej polimeryzacji. Badania mają posłużyć do identyfikacji materiałów o pożądanych właściwościach pod kątem zastosowań w (opto)elektronice. W obecnym czasie szczególnie istotne jest poszukiwanie organicznych materiałów wykazujących przewodnictwo elektronowe (organiczne półprzewodniki typu n). Jednakże dotychczasowe badania organicznych związków skoniungowanych, mogących pełnić funkcję półprzewodników w układach (opto)elektronicznych, dotyczą głównie półprzewodników typu p. Z tego powodu zainteresowania naukowe skoncentrowano na związkach posiadających w swojej strukturze grupę elektronoakceptorową, która, ulegając redukcji, może wykazywać przewodnictwo elektronowe. Interesującą pod tym względem grupą związków wydają się być pochodne s-tetrazyny, do tej pory głównie kojarzone z materiałami wysokoenergetycznymi. Niemniej jednak odpowiednie sfunckjonalizowanie pierścienia tetrazynowego może skutkować otrzymaniem materiałów o bardzo ciekawych właściwościach optycznych, optoelektronicznych a także foto- oraz elektroluminescencyjnych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wyniki badań w bezpośredni sposób dostarczą informacji na temat właściwości fizykochemicznych nowej grupy związków. Analiza otrzymanych danych umożliwi również oszacowanie wartości parametrów (m. in. energia orbitali HOMO i LUMO oraz pasma wzbronionego) niezbędnych przy projektowaniu dobrze działających urządzeń (opto)elektronicznych na bazie tych materiałów. Tego typu badania pozwolą opracować korelację pomiędzy budową chemiczną związków a ich właściwościami. Ułatwi to planowanie syntez nowych materiałów do zastosowań w (opto)elektronice. Ogół tych działań może przyczynić się do pozyskania materiału o charakterystykach umożliwiających wdrożenie go do sprawnego i wydajnego układu (opto)elektronicznego. 122 GRZEGORZ POPRAWA Politechnika Śląska Wydział Budownictwa, Katedra Mechaniki i Mostów [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Ocena bezpieczeństwa i wykrywanie uszkodzeń zmęczeniowych stalowych konstrukcji mostowych na podstawie pomiarów parametrów dynamicznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Badania dotyczą możliwości wykrywania uszkodzeń zmęczeniowych w stalowej konstrukcji mostowej za pomocą pomiaru i porównania odpowiedzi dynamicznej konstrukcji uszkodzonej i nieuszkodzonej. Badania zostały oparte na wybranym typie mostów. Jednym z najpopularniejszych z aktualnie zabudowanych rozwiązań w kolejnictwie, służącym pokonaniu przeszkód o małej rozpiętości, są stalowe mosty blachownicowe. Diagnostyka za pomocą ciągłego lub okresowego monitoringu parametrów dynamicznych (np. przyspieszeń, przemieszczeń w czasie) typowych obiektów mostowych jest w naszym kraju dziedziną słabo rozpowszechnioną. Wynika to z konieczności implementacji skomplikowanych, nowoczesnych i co za tym idzie drogich rozwiązań. Systemy tego typu zabudowywane są jedynie w konstrukcjach o szczególnie dużej rozpiętości albo nowatorskim schemacie konstrukcyjnym. Jednak nawet na tym polu brak jest pełnej wiedzy na temat ich skuteczności oraz zasadności implementacji. Konstrukcje stalowe na skutek relatywnie niewielkiej masy i niewielkiego tłumienia charakteryzuje podatność na wpływy dynamiczne – drgania wywołane głównie przejazdem taboru. Prowadzi to do powstawania znacznie większej liczby cykli obciążenia zmęczeniowego niż w sytuacji obciążania i odciążania statycznego. W konsekwencji we wrażliwych ze względów konstrukcyjnych i materiałowych miejscach może dojść do pęknięcia materiału tworzącego most, w tym wypadku stali. Uszkodzenia takie mogą potencjalnie stanowić 123 zagrożenie dla bezpieczeństwa ruchu oraz mogą sygnalizować, że rezus eksploatacji mostu już minął. Osią problemu badawczego będą niszczące badania całych przęseł mostowych pozyskanych z rozbiórek. Porównanie charakterystyk pracy konstrukcji uszkodzonej i nieuszkodzonej pozwoli na określenie możliwości wykrywania uszkodzeń zmęczeniowych za pomocą tego typu pomiarów. Równolegle z badaniami polowymi prowadzone będzie modelowanie numeryczne badanego zagadnienia wraz z implementacją automatycznych algorytmów detekcji uszkodzeń. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Podjęcie badań na polu pomiarów parametrów dynamicznych konstrukcji uszkodzonej i nieuszkodzonej może dać odpowiedź, w jaki sposób należy konstruować systemy bazujące na odpowiedzi dynamicznej w konkretnych typach konstrukcji. Żeby już na etapie projektowania monitoringu ocenić zasadność jego implementacji, a idąc dalej – optymalizować koszty wynikające z budowy i eksploatacji tych systemów. JAKUB ROSNER Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, Instytut Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Metody zrównoleglania wybranych algorytmów wizji komputerowej pod wielordzeniowe procesory graficzne SKRÓCONY OPIS BADAŃ Temat badań skupia się na analizie wykorzystania procesorów graficznych w zaawansowanych zadaniach wizji komputerowej. Dzisiejsze procesory graficzne (GPU) w porównaniu z procesorami centralnymi (CPU) cechują się ok. 7-krotnie wyższą mocą obliczeniową (stosunek szczytowych ilości wykonywanych operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę dla GPU w stosunku do CPU) oraz ponad 10-krotnie niższym zużyciem energii elektrycznej (stosunek szczytowych ilości operacji zmiennoprzecinkowych na 1 Watt energii dla GPU w stosunku do CPU). Niestety nie wszystkie algorytmy wizji komputerowej można wydajnie zaimplementować na procesorach graficznych, a te w przypadku których jest to możliwe, należy w większości wypadków gruntownie przetransformować tak, aby na GPU działały wydajnie. Zadania polegają na analizie krytycznych algorytmów wizji komputerowej pod kątem ich implementacji na procesorach graficznych z wykorzystaniem cech unikalnych dla ich architektury tzw. zrównoleglenie algorytmu, aby jego poszczególne części mogły być wykonywane na setkach lub tysiącach jednostek obliczeniowych równocześnie, oraz implementacja wynikowych algorytmów na procesorach graficznych w środowisku CUDA. Każdy algorytm implementowany jest w kilku wersjach, poczynając od naiwnej implementacji, często dużo wolniejszej od swojego odpowiednika na procesorze centralnym. Następnie, badając wpływ różnych metod i optymalizacji na dany algorytm oraz wykorzystując możliwości oferowane przez coraz nowsze architektury procesorów, tworzy się nowe wersje, często wielokrotnie szybsze od tej pierwotnej. Wydajność ostatecznej wersji algorytmu oraz jakość otrzymanych wyników decyduje o tym, czy dany algorytm warto wykorzystać w praktyce. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Opracowywane algorytmy wizji komputerowej wiążą się głównie z rozpoznawaniem oraz śledzeniem obiektów i wykorzystywane są m.in. w monitoringu (śledzenie osób lub samochodów, analiza prędkości pojazdów, wykrywanie niebezpiecznych sytuacji oraz zachowań ludzi), zarządzaniu transportem (analiza korków ulicznych, analiza i wspomaganie decyzji w systemach komunikacji publicznej), robotyce czy też technologiach medycznych. Głównymi problemami spotykanymi w wymienionych dziedzinach są: • niewystarczająca szybkość analizy obrazów z kamer w przypadku systemów, gdzie obraz przesyłany jest do serwerów dokonujących analizy, • zbyt wysokie zużycie energii kamer w systemach typu stand-alone, gdzie analiza odbywa się bezpośrednio wewnątrz inteligentnej kamery wyposażonej w procesor. Oba wyżej wymienione problemy w wielu wypadkach można rozwiązać lub chociaż ograniczyć wykorzystując procesory graficzne oraz specjalnie pod nie zoptymalizowane implementacje algorytmów. 124 JANUSZ RYGAŁ Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Instytut Inteligentnych Systemów Informatycznych [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Algorytmy transformacji obrazów cyfrowych do formy leksykalnej oraz metody szybkiego wyszukiwania cech izomorficznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Problematyka badań leży na pograniczu dwóch światów: jeden z nich zajmuje się analizą i wyszukiwaniem informacji w formie tekstowej, drugi zaś przetwarzaniem obrazów cyfrowych. Dzięki współpracy z przemysłem możliwe było dostrzeżenie dużych problemów z zarządzaniem informacjami oraz wiedzą w wielu przedsiębiorstwach. W związku z tym zrodził się pomysł, a za nim również realizacja, systemu indeksującego oraz udostępniającego szybkie wyszukiwanie informacji wewnątrz przedsiębiorstwa. Można go określić jako prywatną wyszukiwarkę. System przetwarza dane zapisane w formatach tekstowych txt, html itd. jak również w formatach msg, xls, doc, ppt. Wersja druga została zainstalowana w 2013 roku. System działa nieprzerwanie 7 dni w tygodniu 24 godziny na dobę, analizując zasoby i aktualizując bazę danych. Drugą gałąź badań stanowi przetwarzanie obrazów cyfrowych. Przetwarzanie informacji zawartej w obrazach cyfrowych na język zrozumiały dla komputerów stanowi od wielu lat duże wyzwanie. Idea, która stoi za prowadzonymi badaniami polega na połączeniu tych dwóch dziedzin nauki w celu umożliwienia łatwego i szybkiego przeszukiwania zbioru informacji zwartych w obrazach cyfrowych. W ramach prowadzonych badań został zaprojektowany proces wstępnej obróbki obrazu, ekstrakcji obiektów znaczących oraz translacji obszarów obrazu do formy leksykalnej. Główny cel stanowi zaprojektowanie rozwiązania umożliwiającego szybkie wyszukanie w dużym zbiorze obrazów podobnych do obrazu podanego na wejście algorytmu. 125 Dzięki atomowej budowie i dużej skalowalności system może znaleźć zastosowanie zarówno jako całość, umożliwiająca wyszukiwanie obrazów podobnych do obrazu zadanego na wejście systemu, jak i jako część ograniczona do wyszukiwania zasobów w formacie tekstowym oraz binarnym, będąca integralną częścią systemu zarządzania wiedzą w przedsiębiorstwie. Oprogramowanie może być wykorzystane w dziedzinach życia, takich jak rozrywka, kryminalistyka czy też jako wsparcie zarządzania dokumentami oraz wiedzą w przedsiębiorstwie o dowolnym charakterze prowadzonej działalności. MICHAŁ WALUŚ Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Rozpoznawanie osób na podstawie układu naczyniowego palców dłoni SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem prowadzonych badań jest określenie tzw. stabilności biometrycznej układu naczyniowego palców dłoni człowieka, opracowanie systemu biometrycznego bazującego na tej cesze biometrycznej oraz utworzenie modeli przepływu danych, które mogą być wykorzystane w komercyjnych systemach transakcyjnych stosowanych w sektorze finansowym. W pracy zostanie określone, jaka długość fali w zakresie widma bliskiej podczerwieni najlepiej nadaje się do akwizycji wzorców, zostaną przebadane metody stosowane na poszczególnych etapach przetwarzania obrazu pod kątem ich wydajności oraz wprowadzanych artefaktów, które mogą mieć przełożenie na skuteczność działania całego systemu. Dodatkowym celem jest taka konstrukcja systemu, która nie będzie umożliwiała dostępu do zasobu w momencie podejrzenia próby włamania przez osoby nieuprawnione. Zostaną przebadane metody oceny jakości obrazu wzorca (na etapie pre-processingu) oraz porównane różne metody budowy wektorów cech. Zamiarem autora jest również opracowanie sposobu certyfikacji dokumentów elektronicznych bazujących na podpisie biometrycznym, przeprowadzenie konsultacji wykorzystania skonstruowanego prototypu w diagnostyce medycznej oraz publiczne udostępnienie zebranych przez niego wzorców z dokładnym opisem parametrów obrazów. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Spodziewanymi rezultatami pracy naukowej jest stworzenie nowych bądź udoskonalenie obecnych produktów i rozwiązań technologicznych z obszaru technologii informacyjnych. Usprawnienie obecnie stosowanych technik, wprowadzenie nowych, bezpieczniejszych sposobów zarządzania dostępem do zasobów chronionych bądź dóbr finansowych lokowanych przez użytkowników końcowych technologii przełoży się na poprawę komfortu pracy, zmniejszenie kosztów operacyjnych zarządzania szeroko rozumianym ryzykiem (finansowym, kredytowym, operacyjnym itp.). W obszarze technologii medycznych oraz technologii informacyjnych i telekomunikacyjnych optymalne działanie systemów komputerowych i pochodnych odgrywa bardzo istotną rolę w pracy i rozwoju pracowników zarówno firm produkcyjnych, jak i administracji publicznej. W przypadku stosowania omawianych rozwiązań w technologiach medycznych ma również bezpośrednie przełożenie na życie i zdrowie ludzi. Prace prowadzone w zakresie rozprawy doktorskiej mogą mieć bezpośrednie przełożenie na funkcjonowanie omawianych systemów, jak również zapewnienie bezpieczeństwa i wygody użytkowania, nie pomijając skrócenia czasu potrzebnego na dostęp do zasobów informatycznych. 126 TOMASZ WESOŁOWSKI Uniwersytet Śląski [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Automatyczna metoda wykrywania intruzów systemów komputerowych na podstawie profilu ich aktywności SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prace związane z wykrywaniem intruzów systemów komputerowych rozpoczęły się w 2012 r. Początkowo badania dotyczyły jedynie analizy poleceń systemowych wydawanych w trybie tekstowym, jednak tego typu dane mają zbyt wiele ograniczeń i nie są wystarczające w świecie zdominowanym przez systemy operacyjne z graficznym interfejsem użytkownika. W połowie 2013 r. miały miejsce pierwsze prace związane z analizą aktywności użytkowników systemów komputerowych pracujących pod kontrolą systemów operacyjnych z graficznym interfejsem użytkownika. Na podstawie lektury licznych opracowań oceniono, że obecnie stosowane i rozwijane metody zabezpieczeń nie są wystarczające przy tak dynamicznym rozwoju usług informatycznych oraz ich migracji na systemy mobilne. W wyniku analiz i prac została opracowana metoda tworzenia profili użytkowników systemów komputerowych bazująca na wnioskowaniu rozmytym. Z powodu braku dostępności odpowiedniego oprogramowania został zainicjowany proces opracowania oprogramowania nadzorującego i rejestrującego aktywność użytkowników systemów komputerowych z graficznym interfejsem użytkownika. Oprogramowanie to rejestruje aktywność w sposób zapewniający użytkownikom wysoki poziom prywatności poprzez zastosowanie algorytmów szyfrujących rejestrowane dane. W chwili obecnej prowadzone są prace związane z analizą aktywności dotyczącej wykorzystania klawiatury oraz urządzeń wskazujących, takich jak mysz komputerowa 127 oraz panel dotykowy. Prace dotyczą opracowania metod tworzenia profili użytkowników systemów komputerowych w celu wykrywania intruzów. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Opracowywane metody profilowania użytkowników i wykrywania intruzów systemów komputerowych mają szeroki wachlarz możliwych zastosowań. Do niektórych z nich należą: • systemy zabezpieczania systemów komputerowych i zasobów informatycznych przed niepożądanym, szkodliwym dostępem, • kryminalistyka – opracowywane metody mogą służyć jednostkom Policji zajmującym się przestępstwami, • zastosowanie w systemach komercyjnych świadczących e-usługi w celu dostosowania usług czy też interfejsów do potrzeb konkretnego użytkownika, • zastosowania socjologiczne i społeczne – np. wykrywanie anomalii w zachowaniu użytkowników pozwala zareagować w krótszym czasie i podjąć działania mające na celu np. poprawę samopoczucia pracowników czy podniesienie morale zespołu projektowego. PAWEŁ ZASSOWSKI Politechnika Śląska Wydział Chemiczny [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Charakterystyka nowych półprzewodników organicznych pod kątem ich zastosowania w optoelektronice organicznej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem projektu jest charakterystyka spektroskopowa i elektrochemiczna nowych ambipolarnych półprzewodników organicznych. Związki takie zostaną otrzymane poprzez połączenie w ramach jednej cząsteczki segmentów elektronoakceptorowych z elektronodonorowymi. Połączenia takie skutkują materiałami charakteryzującymi się wieloma ciekawymi cechami. Szczególnie interesujące są ich właściwości spektroskopowe i spektroelektrochemiczne, takie jak wysoka wydajność fluorescencji, szerokopasmowa absorpcja promieniowania elektromagnetycznego, elektrochromizm czy też możliwość elektrochemicznego generowania nośników ładunku poprzez utlenianie lub redukcję. Związki te powinny być więc interesujące ze względu na ich potencjalne zastosowania w giętkich elementach optoelektronicznych. Badania elektrochemiczne oraz spektralne półprzewodników organicznych stanowią istotną cześć ich charakterystyki fizykochemicznej. Z jednej strony woltametria cykliczna pozwala w prosty sposób (w porównaniu z metodami takimi jak UPS i IPES) wyznaczyć energię granicznych poziomów energetycznych, z drugiej strony połączenie metod elektrochemicznych z metodami spektroskopowymi umożliwia na określenie właściwości naładowanych form (kationorodnik, anionorodnik oraz inne) półprzewodnika. Zagadnienie to jest istotne ze względu na sposób działania urządzeń opartych na półprzewodnikach organicznych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W chwili obecnej nie otrzymano jeszcze materiału organicznego, który spełniałby wszystkie stawiane mu wymagania, dlatego też trwają na tym polu intensywne badania, polegające po pierwsze na optymalizacji konstrukcji układów aplikacyjnych, po drugie na poszukiwaniu nowych materiałów i po trzecie na zrozumieniu zachowania się niskocząsteczkowych i wielkocząsteczkowych związków chemicznych, stanowiących aktywne elementy elektronicznych układów organicznych. Projekt wpisuje się w dwa ostatnie zagadnienia, proponując otrzymanie nowej grupy półprzewodników organicznych o pożądanych własnościach fizykochemicznych, kompleksowe rozpoznanie oraz opis ich własności podstawowych przy użyciu zestawu technik spektroskopowych oraz elektrochemicznych. W zależności od właściwości fizykochemicznych badanych materiałów mogą one być wykorzystane jako warstwy pasywne oraz aktywne w urządzeniach optoelektronicznych, takich jak organiczne diody elektroluminescencyjne, ogniwa fotowoltaiczne lub urządzenia elektrochromowe. 128 TOMASZ ŻYREK Politechnika Śląska Wydział Budownictwa [email protected] obszar technologiczny: Technologie informacyjne i telekomunikacyjne problem badawczy: Weryfikacja metod obliczania poziomych przemieszczeń stalowych ścianek szczelnych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Obszar województwa śląskiego charakteryzuje się silnym zurbanizowaniem terenu, gęstą zabudową i rozbudowaną siecią infrastruktury technicznej. Jest również obszarem o dużym potencjale inwestycyjnym, na którym stale prowadzone są liczne przedsięwzięcia budowlane. Modernizacja infrastruktury transportowej – sieci dróg kołowych, szynowych i wodnych – związana jest z koniecznością budowy i remontów mostów, wiaduktów, ścian oporowych, a także umocnień skarp i brzegów cieków wodnych. Prowadzenie prac budowlanych w sąsiedztwie istniejących szlaków komunikacyjnych, a także w gęstej zabudowie miejskiej wiąże się często z koniecznością zabezpieczania głębokich wykopów. Podobna sytuacja ma miejsce, gdy chcemy zapewnić niezbędną liczbę miejsc parkingowych w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej, wykonując jedną lub kilka kondygnacji garaży podziemnych. W tych i podobnych przypadkach znajdują zastosowanie konstrukcje ścian oporowych z grodzic stalowych, tzw. ścianki szczelne. Przedmiotem prowadzonych badań jest monitoring przemieszczeń poziomych stalowych ścianek szczelnych wykorzystujący instrumenty monitoringu geodezyjnego, takie jak tachimetr oraz skaner laserowy. Stosowane są również pomiary inklinometryczne, a także przyrządy do ciągłej rejestracji sił wewnętrznych w konstrukcjach: tensometry, przyrządy do ciągłego pomiaru naciągu kotew gruntowych. Rezultaty szeroko prowadzonego monitoringu w poszczególnych etapach wykonywania 129 konstrukcji pozwalają na dobre odwzorowanie jej pracy w modelu numerycznym, opartym na Metodzie Elementów Skończonych (MES). PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wprowadzenie do praktycznego zastosowania badań i analiz ma na celu wypracowanie wytycznych do projektowania konstrukcji stalowych ścianek szczelnych, z wykorzystaniem dostępnych modeli numerycznych MES. Modelowanie numeryczne jest szansą na projektowanie rozwiązań lepiej odwzorowujących rzeczywistą pracę konstrukcji, co niejednokrotnie wiąże się z projektowaniem bardziej ekonomicznym. Dzięki prowadzonym badaniom stalowe ścianki szczelne mogą stać się alternatywą dla innych rozwiązań konstrukcyjnych, takich jak np. masywne, żelbetowe ściany oporowe, których wykonanie wiąże się z potrzebą większej powierzchni zajmowanego terenu, dłuższym czasem realizacji, bardziej skomplikowanym, a także mniej przyjaznym dla środowiska procesem technologicznym. PRODUKCJA I PRZETWARZANIE MATERIAŁÓW AGNIESZKA BENDUCH Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Katedra Pieców Przemysłowych i Ochrony Środowiska [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Wpływ warstwy zgorzeliny na przebieg procesu nagrzewania wiązek prętów stalowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prezentowane badania mają na celu poszerzenie wiedzy z zakresu zagadnień związanych z transportem ciepła w ośrodkach o charakterze porowatym, a w szczególności z wpływem warstwy zgorzeliny powstającej na powierzchni nagrzewanych elementów stalowych na transport ciepła w tych ośrodkach. Tematyka pracy jest ściśle powiązana z zakresem kluczowego obszaru technologicznego produkcji i przetwarzania materiałów oraz grupą technologii składowych: tworzywa metaliczne. Podjęta tematyka pracy ściśle koreluje z zagadnieniem dotyczącym optymalizacji pracy pieców hutniczych ze względu na energochłonność tych urządzeń, a co za tym idzie – negatywnych skutków oddziaływania na środowisko. Pomimo istnienia bogatej literatury dotyczącej zagadnień wymiany ciepła i nagrzewania wsadu jak do tej pory brakuje wyczerpujących opracowań dotyczących nagrzewania materiałów o strukturze porowatej. W wielu technologiach obróbki cieplnej procesowi nagrzewania poddaje się wsad, którego struktura ma charakter porowaty. W przypadku tego typu wsadu obok fazy stałej, którą najczęściej jest stal, występują puste przestrzenie (pory) wypełnione gazem. Przykładem tego typu wsadu są wiązki lub płaskie złoża prętów stalowych. Zatem wiedza na temat przepływu ciepła w obszarze wsadu o charakterze porowatym jest potrzebna. W przypadku omawianego typu wsadu wymiana ciepła ma charakter złożony i mogą występować jednocześnie nawet trzy rodzaje wymiany ciepła, tj.: kontaktowe przewodzenie ciepła, konwekcja (unoszenie), radiacja (promieniowanie). Prowadzone dotąd prace z zakresu nagrzewania wsadu porowatego w postaci wiązek prętów stalowych wykazały, że istotny wpływ na przebieg tego procesu mają warunki panujące na styku poszczególnych prętów. Od nich zależy bowiem intensywność wymiany ciepła na drodze przewodzenia kontaktowego. Podczas nagrzewania wsadu w postaci wiązki prętów warunki te ulegają zmianie. Jest to skutkiem powstawania na powierzchni nagrzewanych elementów zgorzeliny. Warstwa ta, ze względu na niską przewodność cieplną, stanowi warstwę izolującą dla przepływu ciepła. Jednak z drugiej strony przyczynia się do wzrostu powierzchni kontaktu między przylegającymi do siebie prętami. Uzyskane na podstawie proponowanych badań wyniki dadzą odpowiedź, w jakim stopniu, tworząca się na powierzchni nagrzewanych elementów stalowych warstwa tlenków, wpływa na intensywność kontaktowego przewodzonego ciepła. Informacje te będą ważnym uzupełnieniem dotychczasowej wiedzy w zakresie wymiany ciepła w materiałach typu ziarnistego, nagrzewania wsadu porowatego oraz kontaktowego przewodzenia ciepła na styku elementów stalowych ulegających utlenianiu. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Końcowym efektem realizacji doświadczeń opisanych w niniejszym projekcie będzie opracowanie programu komputerowego, który dla zadanych warunków cieplnych, geometrycznych i technologicznych pozwoli na określenie czasu nagrzewania wiązek prętów do temperatury końcowej, wymaganej przez prowadzoną obróbkę cieplną. Z punktu widzenia praktyki przemysłowej jest to ważne zagadnienie. Po pierwsze zapewni właściwe warunki obróbki cieplnej prętów, a po drugie przyczyni się do ograniczenia nadmiernych strat energii i związanego z tym niekorzystnego oddziaływania na środowisko. Zatem podjęcie proponowanego tematu badań wydaje się wysoce zasadne. 132 ANETA JAKUBUS Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Odlewnictwa [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Wpływ hartowania izotermicznego na odporność na ścieranie i wstrząsy cieplne żeliwa wermikularnego SKRÓCONY OPIS BADAŃ Podjęta praca wpisuje się w jeden z ważniejszych kierunków w działalności naukowej i inżynierskiej – obejmuje mianowicie badania nad określeniem możliwości wydłużenia okresu eksploatacji części maszyn i urządzeń poprzez poprawę właściwości użytkowych tworzywa, uzyskaną drogą obróbki cieplnej. W pracy chodzi o m.in. zbadanie możliwości podwyższenia parametrów eksploatacyjnych odlewów pracujących w warunkach ścierania i udarów cieplnych (np. tarcz i bębnów hamulcowych). Celem pracy jest określenie, w jaki sposób obróbka cieplna, obejmująca hartowanie izotermiczne, wpłynie na odporność na ścieranie i odporność na wstrząsy cieplne żeliwa z grafitem wermikularnym. Żeliwo wermikularne sytuuje się, co do swoich właściwości, pomiędzy żeliwem szarym i żeliwem sferoidalnym. Ma ono wprawdzie nieco gorsze właściwości mechaniczne aniżeli żeliwo sferoidalne, ale z kolei cechuje się znacznie wyższą przewodnością cieplną i znacznie większą zdolnością do tłumienia drgań. Z kolei w odniesieniu do żeliwa szarego, żeliwo wermikularne charakteryzuje się wprawdzie niższą przewodnością cieplną i gorszą zdolnością do tłumienia drgań, ale ma wyraźnie wyższe parametry wytrzymałościowe i plastyczne. Z wcześniejszych badań wykonanych w Katedrze Odlewnictwa Politechniki Częstochowskiej wynika, że poddanie żeliwa z grafitem wermikularnym hartowaniu izotermicznemu prowadzi do wzrostu wytrzymałości na rozciąganie nawet do 1000 MPa; wydłużenie może sięgnąć 2%. Żeliwo sferoidalne poddane hartowaniu izotermicznemu o osnowie ausferrytycznej cechuje się znacznie wyższą odpornością na ścieranie aniżeli żeliwo w stanie 133 lanym. Można oczekiwać, że także w przypadku żeliwa wermikularnego uzyskanie osnowy stopu takiej, jak w żeliwie ADI, przyczyni się do wzrostu odporności stopu na ścieranie, przy czym obecność wydzieleń grafitu wermikularnego będzie prowadzić do wyższej przewodności cieplnej, a więc i wzrostu odporności na udary cieplne. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Dążenie konstruktorów do zmniejszania masy konstrukcji i zwiększania ich trwałości przyczynia się do poszukiwania coraz lepszych materiałów, spełniających rosnące wymagania. Jednym z takich perspektywicznych tworzyw jest żeliwo wermikularne, szczególnie o podwyższonych właściwościach uzyskanych w wyniku obróbki cieplnej. Sterowanie parametrami obróbki cieplnej pozwala na otrzymanie żeliwa o zaplanowanych (w pewnym zakresie) właściwościach mechanicznych. Przewiduje się, że realizacja planowanych badań doprowadzi do opracowania obróbki cieplnej i technologii żeliwa z grafitem wermikularnym, które będzie nowoczesnym tworzywem na odlewy do pracy w warunkach ścierania, a także pracujących w warunkach udarów cieplnych. JAROSŁAW JASIŃSKI Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Instytut Inżynierii Materiałowej [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Zjawiska i efekty oddziaływania ekranów aktywnych (active screen) w procesie azotowania jonowego SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prezentowana praca dotyczy innowacyjnej technologii utwardzania dyfuzyjnego warstwy wierzchniej materiałów metalicznych. Atrakcyjność tematyki obejmuje zarówno aspekt poznawczy, jak i aplikacyjny. Aspekt poznawczy dotyczy wyjaśnienia mechanizmu zjawisk i przyczyn zmiany nasycania warstwy wierzchniej w procesie azotowania jonowego z zastosowaniem ekranów aktywnych (active screen, AS) w porównaniu z efektami strukturalnymi uzyskanymi w procesie katodowego azotowania jonowego oraz regulowanego azotowania gazowego. Uwzględnia również morfologię tworzenia się warstw azotowanych nie tylko w skali mikrometrycznej, lecz także nanometrycznej, a więc w obszarze tworzenia się zarodków w centrach aktywnych powierzchni i warstwy wierzchniej obrabianego dyfuzyjnie stopu Fe-C. Poznanie przyczyn zmian w tworzeniu się poszczególnych stref warstwy azotowanej wraz z ograniczeniem defektów związanych z wydzieleniami azotków, zwłaszcza w strefie przypowierzchniowej, po granicach i wewnątrz ziaren, stwarza warunki do określenia jakościowych i ilościowych zmian właściwości warstwy dyfuzyjnej. Analiza omawianych zależności umożliwia opracowanie modelu mechanizmu do technologii utwardzania materiałów, z których wykonuje się między innymi narzędzia i elementy konstrukcyjne. Opracowany model mechanizmu posłuży również do opracowania innowacyjnych sposobów azotowania jonowego metodą AS oraz ustalenia parametrów technologicznych i przewidywania budowy strukturalnej warstwy wierzchniej materiałów metalicznych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Uzyskane wyniki rozwiązywanej przez autora problematyki azotowania jonowego metodą ekranów aktywnych mogą stanowić podstawę do dalszego rozwoju aplikacji ekranów aktywnych w dziedzinie inżynierii powierzchni i obróbki cieplno-chemicznej, w tym między innymi w przemyśle narzędziowym, transportowym, elektronice stosowanej i biomedycynie. Atrakcyjność prezentowanej metody zawiera nie tylko aspekty ekonomiczne związane z niską energochłonnością procesów, ale również aspekty ekologiczne, w tym znaczne ograniczenie emisji szkodliwych gazów oraz niekorzystnych dla środowiska substancji chemicznych do oczyszczania powierzchni. Wyniki rozprawy mogą posłużyć zarówno do projektowania technologii azotowania jonowego metodą ekranów aktywnych, jak i do modelowania mechanizmu i morfologii warstw azotowych jonowo w ujęciu kompleksowym. Tematyka pracy jest istotna nie tylko ze względów poznawczych, czyli poszerzenia wiedzy z zakresu modeli mechanizmu tworzenia się strefowej budowy warstwy azotowanej, lecz także globalnych uwarunkowań aplikacyjnych związanych z wprowadzaniem do przemysłu technologii podwyższających trwałość eksploatacyjną elementów. 134 TYMOTEUSZ JUNG Politechnika Śląska Wydział Mechaniczny Technologiczny [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Wpływ warunków nanoszenia na teksturę powłok uzyskiwanych w procesie PVD SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Badania związane z pracą doktorską mają na celu poznanie wpływu parametrów procesu nanoszenia na tworzenie się charakterystycznych tekstur w powłokach. Warstwy wierzchnie z azotku tytanu zostaną naniesione na stal szybkotnącą przy zastosowaniu różnych parametrów magnetronowego procesu PVD. Następnie seria próbek będzie analizowana za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego XRD (głównie analiza naprężeń i tekstury) oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Dodatkowo zostaną przeprowadzone wybrane badania własności mechanicznych powłok. 135 Dzięki wykorzystaniu powłok możliwe jest znaczne polepszenie własności użytkowych i żywotności narzędzi, takich jak: frezy, noże tokarskie, tarcze do cięcia czy wiertła. Powlekanie narzędzi tego typu jest często niezbędnym zabiegiem pozwalającym wykorzystać je do kształtowania materiałów wyjątkowo trudno obrabialnych. Należą do nich m.in. nowoczesne kompozyty stosowane w lotnictwie i materiały wytworzone technikami intensywnego odkształcenia plastycznego. Ciągły rozwój tych grup materiałów stwarza konieczność opracowywania lepszych rozwiązań w branży narzędziowej. Wyniki badań mogą korzystnie wpłynąć na lepsze dostosowanie parametrów procesu PVD, a w efekcie własności użytkowych powłok stosowanych w przemyśle. W województwie śląskim działają firmy produkujące narzędzia, które mogą być zainteresowane takimi optymalizacjami. Przemysł samochodowy i maszynowy także mogą skorzystać z tych rozwiązań przy produkcji elementów pracujących w środowiskach korozyjnych czy narażonych na zwiększone tarcie. LECH KALINOWSKI Uniwersytet Śląski Instytut Fizyki [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Struktura elektronowa, właściwości termodynamiczne i nadprzewodnictwo ciężkofermionowych układów na bazie Ceru i Lantanu; badania podstawowe SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prowadzone badania koncentrują się przede wszystkim na poszukiwaniu materiałów wykazujących zjawiska kooperatywne. Przez zjawiska kooperatywne należy rozumieć procesy, w których silne oddziaływania na poziomie kwantowym w materii skondensowanej prowadzą do emergencji efektów ujawniających się na poziomie makroskopowym. W wielu przypadkach efekty te wiąże się z bardzo interesującymi właściwościami materiałów, jak np. ponadprzeciętna termoelektryczność czy nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe. Ważnymi elementami badań jest zarówno otrzymywanie materiałów, jak i późniejsza ich modyfikacja (domieszkowanie). Badania podstawowe struktury krystalicznej, transportu elektronowego oraz termodynamiki w ultraniskich temperaturach oraz badania struktury elektronowej połączone z modelowaniem numerycznym materiałów wykazujących właściwości termoelektryczne i niekonwencjonalne nadprzewodnictwo są kluczowe do pełnego zrozumienia procesów fizycznych zachodzących w materiałach z silnymi korelacjami elektronowymi. Z punktu widzenia rozwoju technologii pozyskiwania energii elektrycznej pełne zrozumienie procesów jest niezbędne do późniejszej komercjalizacji. Badane materiały ciężkofermionowe, poza niekonwencjonalnym nadprzewodnictwem, wykazują bardzo efektywną konwersję energii termicznej w energię elektryczną, przez co nazywane są materiałami termoelektrycznymi o strukturze klatkowej. Wyprodukowanie materiału nadprzewodzącego w wysokich temperaturach mogłoby w efekcie pozwolić na bezstratny przekaz energii, co z kolei niesie ze sobą niesamowite możliwości dla gospodarki energetycznej. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną zmusza nas do poszukiwania źródeł czystej energii na każdym kroku. Wysokowydajny materiał termoelektryczny może służyć do wykorzystania energii termicznej ze Słońca, z gorących źródeł geotermalnych, ze spalarni biomasy, a także z ciepła ciała człowieka. Energia jest potrzebna w przemyśle ciężkim (kopalnie, huty) w województwie śląskim i sposoby jej odzyskiwania wydają się kluczowe dla wzrostu potencjału innowacyjnego w przedsiębiorstwach regionu. Wdrożenie materiałów termoelektrycznych o wysokiej wydajności w postaci metalicznej daje ogromne możliwości zastosowania, gdyż są trwałe. Materiały termoelektryczne mogą zasilać urządzenia niskonapięciowe, czy na przykład mogą służyć jako sensory termiczne. Innowacyjność samej pracy wiąże się z faktem, iż badane materiały mogą potencjalnie stanowić w przyszłości podstawę nowej generacji tzw. materiałów inteligentnych. 136 JAGODA KRZYSTECZKO Politechnika Śląska Wydział Mechaniczny Technologiczny [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Struktura i własności materiałów kompozytowych o osnowie aluminium wytwarzanych metodą formowania wtryskowego proszku SKRÓCONY OPIS BADAŃ Zasadniczym celem podejmowanej pracy doktorskiej jest opracowanie nowej technologii wytwarzania materiałów kompozytowych o osnowie stopów aluminium i/lub magnezu wzmacnianych cząstkami ceramicznymi o różnej wielkości w celu zmniejszenia masy własnej wytworzonych elementów. Wykorzystywane będą nowoczesne technologie formowania wtryskowego i spiekania proszków oraz infiltracji ciśnieniowej spieków, które zapewnią opracowanym materiałom kompozytowym wysokie własności mechaniczne i użytkowe. Realizacja projektu w pierwszej kolejności wiąże się z doborem wielkości i kształtu cząstek ceramicznych zapewniających możliwość ich formowania wtryskowego, badań lepkości poszczególnych składników lepiszcza, ich mieszanin oraz gotowego wsadu wtryskarki w zależności od udziału proszku ceramicznego oraz doboru ostatecznego składu fazowego mieszaniny polimerowo-proszkowej zapewniającej możliwość formowania wtryskowego. Kolejny etap prac obejmuje wykonanie badań gęstwy polimerowo-proszkowej i dobór warunków formowania wtryskowego, wykonanie analizy termograwimetrycznej, dobór warunków degradacji rozpuszczalnikowej i cieplnej oraz temperatury spiekania, pomiar gęstości porowatych spieków przy użyciu automatycznego piknometru gazowego, a także dobór parametrów procesu infiltracji. Opracowany materiał kompozytowy zostanie poddany badaniom z wykorzystaniem mikroskopu świetlnego, transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM), elektronowego mikroskopu 137 skaningowego (SEM), analizy rentgenowskiej, a także badaniom własności mechanicznych, elektrycznych, cieplnych i tribologicznych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wynikiem podejmowanej pracy doktorskiej będzie nowa, oryginalna technologia wytwarzania materiałów kompozytowych o osnowie stopów metali lekkich. Realizacja badań zmierza do opracowania konkurencyjnej technologii wytwarzania nowoczesnych materiałów inżynierskich charakteryzujących się zmniejszoną masą własną wytworzonych elementów przy zapewnieniu możliwie najwyższych własności mechanicznych i użytkowych, a także niską, korzystną ceną z punktu widzenia zaimplementowania w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w motoryzacyjnym i lotniczym. Metoda formowania wtryskowego proszku stwarza wiele nowych możliwości rozwoju, dzięki którym staje się coraz bardziej atrakcyjna dla klientów różnych gałęzi przemysłu. ANETA KRZYŻAŃSKA Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Instytut Przeróbki Plastycznej i Inżynierii Bezpieczeństwa [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Teoretyczno-doświadczalna analiza wydajności urządzenia do przyspieszonego chłodzenia po walcowaniu na gorąco SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem prowadzonych badań jest określenie najbardziej korzystnych warunków chłodzenia metalu po walcowaniu na gorąco. Dobranie odpowiednich parametrów chłodzenia, ciśnienia roboczego poszczególnych dysz, proporcji mieszaniny wodno-powietrznej, ilości załączonych dysz. Pozwoli to na uzyskanie jednorodnych własności mechanicznych w całej objętości chłodzonego metalu. Celem naukowym pracy jest opracowanie modelu przejmowania ciepła przez mieszaninę wodno-powietrzną o zróżnicowanych parametrach ciśnienia wody i powietrza oraz pola natrysku na chłodzony materiał. W pierwszym etapie pracy zostaną przeprowadzone badania wpływu parametrów chłodzenia: ciśnienia wody, ciśnienia powietrza oraz odległości dyszy chłodzącej od powierzchni chłodzonej na współczynnik wnikania ciepła badanego materiału. Otrzymane wyniki zostaną wykorzystane do wyznaczenia mapy rozkładu współczynnika wnikania ciepła (W/m2K) oraz umożliwią wykonanie precyzyjnej symulacji komputerowej wpływu intensywności chłodzenia na strukturę gotowego wyrobu. W kolejnym etapie pracy zostaną przeprowadzone badania numeryczne z wykorzystaniem komercyjnego programu komputerowego Forge 2008®, który jest oparty na metodzie elementów skończonych. Założenia do symulacji komputerowej zostaną przyjęte z wyników uzyskanych w badaniach wpływu intensywności wnikania ciepła. Na podstawie uzyskanych wyników badań numerycznych procesu przyspieszonego chłodzenia materiału oraz zachodzących w badanym materiale przemian będzie możliwe dobranie parametrów chłodzenia do prób laboratoryjnych na chłodni laboratoryjnej umiejscowionej za klatką walcowniczą, na trzecim odcinku samotoku. Następnie zostaną określone wytyczne do wykonania badań doświadczalnych na podstawie analizy wyników modelowania numerycznego procesu przyspieszonego chłodzenia blach po walcowaniu na gorąco. Badania te będą wykonane przy wykorzystaniu opracowanych założeń parametrów chłodzących. Badania zostaną wykonane przy użyciu chłodni laboratoryjnej znajdującej się za klatką walcowniczą, na trzecim odcinku samotoku. W końcowym etapie badań zostanie przeprowadzona analiza otrzymanych wyników i optymalizacja parametrów procesu przyspieszonego chłodzenia blach po walcowaniu na gorąco w celu otrzymania materiału gotowego spełniającego wymagane własności wytrzymałościowe. Przeprowadzone zostaną badania makroskopowe otrzymanego materiału gotowego. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Praca doktorska ma doprowadzić do zwiększenia możliwości zaplecza badawczego ośrodka naukowego, którym jest Politechnika Częstochowska, poprzez stworzenie unikatowej w skali regionu uniwersalnej, laboratoryjnej linii walcowniczej. Z kolei badania prowadzone z wykorzystaniem takiej linii powinny umożliwić zwiększenie efektywności produkcji zakładów przetwórstwa metali, a tym samym przyczynić się do rozwoju gospodarki województwa śląskiego. Otrzymane wyniki badań będą pomocne do opracowania technologii międzyoperacyjnego i pooperacyjnego przyspieszonego chłodzenia metali w procesie walcowania na gorąco. 138 ANDRZEJ MILEWSKI Politechnika Śląska Wydział Chemiczny [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Badania nad metodą selektywnej separacji soli zawartych w wodach kopalnianych oraz wykorzystaniem otrzymanych produktów w technologii SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wodorotlenek magnezu wytwarzany jest najczęściej przez wytrącanie z wody morskiej lub innych naturalnych solanek prażonym dolomitem lub wapnem palonym. Otrzymywany jest także przez wytrącanie z roztworów azotanu bądź siarczanu magnezu z zastosowaniem amoniaku lub wodorotlenku sodu jako odczynnika strącającego. W ten sposób otrzymać można wodorotlenek bardzo wysokiej czystości, stosowany w farmacji, do wytwarzania kosmetyków oraz jako środek spowalniający palenie (uniepalniający, retardant) dodawany do tworzyw sztucznych. W ostatnich latach obserwuje się dużą liczbę doniesień literaturowych dotyczących otrzymywania wodorotlenku magnezu o dobrze wykształconych, a jednocześnie niewielkich kryształach (na poziomie 50–200 nm; tzw. nano-Mg(OH)2) oraz małym rozkładzie ich wielkości. Takie właściwości są szczególnie pożądane przy zastosowaniu jako środka uniepalniającego, gdzie wodorotlenek magnezu jest ekologiczną alternatywą dla retardantów zawierających halogeny. Podobne wymagania stawia się wodorotlenkowi magnezu jako nośnikowi katalizatorów. Nano-Mg(OH)2 otrzymywany jest przez wytrącanie z roztworów i następujące po nim starzenie osadu przeprowadzane jest z reguły w obecności substancji powierzchniowo czynnych, w celu uzyskania wymienionych wyżej właściwości, a ponadto pożądanego kształtu kryształów (igły, płatki itp.). Operacje strącania prowadzone są nawet przez kilka godzin (w celu uniknięcia dużego przesycenia roztworu), a procesy starzenia nawet przez kilkunaście dób. 139 Prowadzone badania skupiają się nad otrzymaniem nano-Mg(OH)2, scharakteryzowaniem rozmiarów krystalitów strąconego wodorotlenku magnezu i ich wpływu na palność żywic epoksydowych opartych na związkach cukrowych. Planowane jest wykorzystanie dodatków pochodzenia naturalnego jako alternatywy wobec syntetycznych flokulantów. W wyniku dodania do żywic wodorotlenku magnezu oczekuje się spowolnienia procesu spalania i zmniejszenia emisji dymów. MARZENA OGÓREK Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Katedra Zarządzania Produkcją i Logistyki [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Efektywność azotowania jonowego stali austenitycznej X5CrNi18-10 metodą active screen SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem badań jest ocena efektywności technologicznej i ekonomicznej procesu azotowania jonowego stali X5CrNi18-10, przeprowadzanego klasycznie na katodzie i metodą active screen. Istotny jest dobór takich parametrów procesu, które zapewnią uzyskanie warstw wierzchnich o zadowalających właściwościach eksploatacyjnych. Azotowanie próbek wykonanych ze stali X5CrNi18-10 przeprowadzono na stanowisku do obróbek jarzeniowych. Na podstawie analizy profilu składu chemicznego wyznaczono głębokość dyfuzji azotu. Pomiaru mikrotwardości warstw azotowanych dokonano metodą Knoopa. Test odporności na zużycie ścierne w warunkach tarcia suchego w układzie rolka–klocek przeprowadzono na testerze tribologicznym przy obciążeniu 13,73°N w czasie 2 godzin. Analizę metalograficzną otrzymanych struktur wykonano za pomocą świetlnego mikroskopu metalograficznego. Efektywność technologiczną azotowania jonowego metodą active screen obliczono, porównując właściwości warstw wierzchnich uzyskanych pod ekranem aktywnym do właściwości warstw wierzchnich uzyskanych na katodzie. W ocenie efektywności ekonomicznej procesu azotowania jonowego uwzględniono koszty: energii elektrycznej, zużycia mediów gazowych, pracy pracownika, lokalowe. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Analiza danych literaturowych wykazuje rozwój technologii powierzchniowych w następujących kierunkach: modyfikowania sposobów nagrzewania, zmniejszania energochłonności oraz zmiany struktury procesu technologicznego. Rozwój metod nagrzewania jarzeniowego umożliwia zmniejszenie czasu nagrzewania. Zmniejszenie energochłonności procesu zapewnić może rozwój: technologii prowadzonych w niskiej temperaturze i małym czasie procesu, energooszczędnych technologii realizowanych w warunkach próżni i wyładowania jarzeniowego. Wprowadzenie do procesu warunków wyładowania jarzeniowego zmniejsza jego koszty oraz obniża temperaturę. Rozwój tego procesu zmierza w kierunku zwiększenia efektywności aktywowania atmosfery dyfuzyjnej. Opracowywana technologia azotowania tworzyw metalicznych z zastosowaniem ekranu aktywnego wywołuje zainteresowanie wielu specjalistów zajmujących się tą problematyką. Uzyskane wyniki badań będą pomocne w opracowaniu innowacyjnych technologii produkcji zaawansowanych materiałów metalicznych poprzez praktyczne ich zastosowanie w przemyśle. 140 DARIUSZ PYSZNY Politechnika Śląska [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Badania nad utleniającym rozszczepieniem α-olefin jako metodą produkcji kwasów tłuszczowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Długołańcuchowe α-olefiny to węglowodory otrzymywane m.in. na drodze oligomeryzacji etylenu, krakingu gaczu parafinowego, ale także przeróbki odpadowego polietylenu (LDPE, HDPE). Kwasy tłuszczowe produkowane są na drodze hydrolizy tłuszczów zwierzęcych i olejów roślinnych oraz poprzez utlenianie lub hydroformylowanie surowców petrochemicznych. Utleniające rozszczepienie wiązania podwójnego prowadzone jest na skalę przemysłową za pomocą ozonu zaś w laboratorium stosowane są w tym celu takie toksyczne związki, jak OsO4, CrO3. Ozon jest gazem trującym w większych ilościach, zaś jego produkcja wymaga specjalnych generatorów i niemałych kosztów. Surowcami stosowanymi w badaniach są olefiny C10+ oraz C30+. Jako utleniacz stosowany jest nadtlenek wodoru, który wymieniany jest wraz z tlenem jako utleniacz najbardziej przyjazny środowisku, gdyż powstającym z niego produktem ubocznym jest woda. W literaturze opisano utleniające rozszczepienie wiązania C=C za pomocą H2O2 z dobrą wydajnością dla cyklo-alkenów, nienasyconych kwasów tłuszczowych i olefin wewnętrznych, natomiast realizacja tego zadania dla α-olefin wciąż pozostaje wyzwaniem. W badaniach testowane są różne katalizatory wolframowe, katalizatory przeniesienia międzyfazowego (PTC), badany jest wpływ stężenia i ilości H2O2 (30-60%) oraz pH mieszaniny reakcyjnej na skład produktów. Program badań zakłada również sprawdzenie możliwości zastosowania czystego tlenu w celu zmniejszenia zapotrzebowania na H2O2. W kolejnym etapie badań planowane jest określenie możliwości odzysku i wielokrotnego 141 wykorzystania katalizatorów. W następnym etapie badań zaplanowane jest niewielkie powiększenie skali procesu na kalorymetrze reakcyjnym RC1e w celu określenia kinetyki i termodynamiki procesu. Uzyskane na kalorymetrze dane ułatwią dobór sposobu chłodzenia reaktora, rodzaju czynnika chłodzącego oraz zaprojektowanie procesu w skali technicznej. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Długołańcuchowe kwasy tłuszczowe znajdują zastosowanie w produkcji środków powierzchniowo czynnych, kosmetyków, wosków, smarów, tworzyw sztucznych i innych produktów. Syntetyczne kwasy tłuszczowe otrzymywane poprzez utlenianie parafiny są słabej jakości, natomiast hydroformylowanie wymaga użycia toksycznego CO. Alternatywą dla tych technologii może być selektywne utleniające rozszczepienie wiązań podwójnych (C=C) wyższych α-olefin. Olefiny te są otrzymywane m.in. z termicznego rozkładu odpadowego polietylenu. Opracowywane rozwiązania stwarzają zatem metodę zagospodarowania poużytkowych tworzyw sztucznych z polietylenu i ponownego ich wykorzystania w syntezie chemicznej. KAMILA ZDRODOWSKA Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Instytut Inżynierii Materiałowej [email protected] obszar technologiczny: Produkcja i przetwarzanie materiałów problem badawczy: Wytwarzanie metodą wtłaczania czteroskładnikowych objętościowych stopów amorficznych i nanokrystalicznych na bazie żelaza SKRÓCONY OPIS BADAŃ Zakres badań obejmuje wytwarzanie metodą wtłaczania czteroskładnikowych objętościowych stopów amorficznych i nanokrystalicznych na bazie żelaza. Wybrana metoda umożliwia otrzymywanie stopów amorficznych nanokrystalicznych oraz częściowo krystalicznych. Metoda wtłaczania jest szczególnie istotna pod względem innowacyjnym. Jest konkurencyjna do obecnie stosowanych metod i umożliwia otrzymywanie próbek w postaci płytek oraz prętów o różnej grubości. Dobór ilościowy oraz jakościowy (czystość) został opracowany na podstawie przeglądu literaturowego. Otrzymane stopy amorficzne i nanokrystaliczne będą miały w swym składzie takie pierwiastki, jak żelazo, kobalt, itr oraz bor. Stopy te będą również różniły się zawartością poszczególnych pierwiastków. Kluczową rolę w uzyskaniu żądanej struktury odgrywa udział ilościowy poszczególnych pierwiastków. Jednym z podstawowych celów pracy jest analiza własności mechanicznych otrzymanych stopów amorficznych i nanokrystalicznych. Większość publikowanych prac dotyczących stopów amorficznych i nanokrystalicznych obejmuje badania i właściwości magnetyczne. Biorąc pod uwagę ten fakt istotnym aspektem naukowym tej pracy będą badania dotyczące własności mechanicznych otrzymanych czteroskładnikowych stopów na bazie żelaza. Zostaną wykonane między innymi badania profilu chropowatości powierzchni, odporności tribologicznej, twardości czy też badania korozyjne. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Otrzymane czteroskładnikowe stopy amorficzne i nanokrystaliczne na bazie żelaza mogą być stosowane w przemyśle energetycznym na elementy do transformatorów. Optymalizacja parametrów chropowatości powierzchni może się przyczynić do mniejszych strat energii elektrycznej. Jest to bardzo istotny aspekt ekonomiczny, gdyż obecnie na całym świecie jest tendencja do minimalizowania strat energii elektrycznej. Metoda wtłaczania, dzięki której można otrzymać stopy amorficzne i nanokrystaliczne, może przyczynić się do rozwoju gospodarki. Polepszenie własności mechanicznych otrzymanych czteroskładnikowych stopów na bazie żelaza z dodatkiem kobaltu, itru i boru może rozszerzyć spektrum zastosowań stopów amorficznych i nanokrystalicznych. 142 143 PRZEMYSŁ MASZYNOWY, SAMOCHODOWY, LOTNICZY I GÓRNICZY SEBASTIAN BARWINEK Politechnika Śląska Wydział Elektryczny, Instytut Metrologii, Elektroniki i Automatyki [email protected], obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Quasi-zrównoważone układy do pomiaru parametrów RLC realizowane z przetwarzaniem programowym SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem badań jest zbadanie układów quasi-zrównoważonych z detekcją fazową realizowanych programowo oraz budowa przyrządu umożliwiającego pomiar składowych impedancji rzeczywistych obiektów typu RLC. Układy quasi-zerowe wyróżnia prostota i szybki proces pomiarowy. Przeznaczeniem takich układów może być badanie wskaźników jakości izolacji (diagnostyka stanu izolacji), takich jak tg δ. W projekcie dodatkowo konieczne jest zbadanie właściwości metrologicznych wybranych algorytmów pomiaru kąta fazowego oraz wybór optymalnego do zastosowania w układach quasi-zrównoważonych. Podczas projektu wykonywane będą badania symulacyjne i laboratoryjne w celu określenia właściwości oraz możliwości praktycznego zastosowania zbudowanego urządzenia. Realizacja przyrządu w postaci przyrządu wirtualnego, wykorzystującego kartę pomiarową lub układ mikroprocesorowy, ułatwia automatyzację pomiarów. Znacząca część procesu pomiarowego odbywa się programowo, część sprzętowa jest ograniczona do niezbędnego minimum. Efektem prowadzonych badań będzie przyrząd, który może współpracować w systemie z innymi urządzeniami w celu np. nadzorowania stanu izolacji elektrycznej. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wyniki badań mogą zostać zastosowane do pomiaru pojemności, współczynnika strat dielektrycznych, indukcyjności i dobroci cewek rzeczywistych. Badanie niektórych z tych wielkości umożliwia określenie jakości, wykrycie uszkodzeń i stanów awaryjnych izolacji. Częstą przyczyną uszkodzenia izolacji jest zawilgocenie, niska jakość zastosowanego materiału elektroizolacyjnego oraz procesy starzeniowe. Przyrząd będzie dawał możliwość szybkiej i łatwej oceny stanu izolacji, a co za tym idzie, będzie pozwalał na zaplanowanie z wyprzedzeniem przeprowadzenia stosownych remontów lub wymiany urządzeń. Atutem przyrządów wirtualnych jest automatyzacja wykonywania pomiarów oraz łatwa rekonfiguracja, dzięki czemu możliwy jest pomiar dowolnych składowych impedancji bez zmiany części sprzętowej przyrządu. Urządzenie wykorzystujące układy quasi-zrównoważone z realizacją programową zapewni prosty i szybki pomiar parametrów impedancji oraz jednoznaczny i powtarzalny wynik. 146 RAFAŁ KACZMAREK Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Analiza dokładności oceny w innowacyjnych metodach Phased Array i TOFD na tle konwencjonalnych badań ultradźwiękowych w odniesieniu do kontroli jakości złączy spawanych maszyn i urządzeń SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Prowadzone badania polegają na określeniu wykrywalności oraz dokładności oceny w nowoczesnych metodach badań ultradźwiękowych (Phased Array, Time of Flight Difraction). W metodzie Phased Array do nieniszczących badań materiałów i ich połączeń wykorzystuje się głowice wieloprzetwornikowe, zaimplementowane do techniki ze stosowanych w medycynie badań USG. W metodzie TOFD wykrycie oraz zobrazowanie wad bazuje na dyfrakcji fal ultradźwiękowych na krawędziach nieciągłości występujących w materiale badanym. Cechy te pozwalają na wykrywanie nieciągłości zorientowanych nie tylko pod kątem prostym w stosunku do wprowadzonej wiązki ultradźwiękowej, lecz także tych zorientowanych niekorzystnie. Tak zorientowane wady w konwencjonalnych badaniach ultradźwiękowych metodą echa nie dają impulsu od nieciągłości i tym samym nie mogą zostać wykryte. W ramach pracy doktorskiej prowadzone są badania polegające na analizie wpływu zastąpienia konwencjonalnych badań ultradźwiękowych nowoczesnymi metodami Phased Array oraz TOFD, ze szczególnym uwzględnieniem zwiększenia wykrywalności nieciągłości płaskich (pęknięcia, przyklejenia, braki przetopu), w największym stopniu zagrażających bezpieczeństwu konstrukcji. 147 Tematyka pracy doktorskiej mająca na celu zwiększenie skuteczności kontroli jakości przy użyciu metod Phased Array oraz TOFD może mieć wpływ na wzrost konkurencyjności przedsiębiorstw, które dzięki zastosowaniu nowoczesnych, ultradźwiękowych metod badań nieniszczących przy wykorzystaniu ich zalet, takich jak duża łatwość wykonania badań, krótki czas badania itp. mają szansę na rozszerzenie zakresu kontroli swoich wyrobów nawet do 100% produkcji, przy jednoczesnym, znacznym zwiększeniu prawdopodobieństwa wykrycia wad i niezgodności. Pozwoli to na zapewnienie niezawodności wykonywanych konstrukcji maszyn i urządzeń, zmniejszenie ryzyka ewentualnych awarii oraz związanych z nimi kosztów napraw, przestojów w produkcji itp. Stosowanie przez zakłady najnowocześniejszych ultradźwiękowych metod badań nieniszczących pozwoli także na łatwiejsze nawiązywanie współpracy z klientami zagranicznymi, zwłaszcza z państw wysoko uprzemysłowionych, gdzie początek stosowania tego typu badań w diagnostyce technicznej elektrowni jądrowych miał miejsce już w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku. EWA LISIECKA Interdyscyplinarne Studia Doktoranckie w zakresie Czystych Technologii Węglowych w Głównym Instytucie Górnictwa w Katowicach [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Metoda i urządzenie do optycznego pomiaru temperatury w procesie podziemnego zgazowania węgla SKRÓCONY OPIS BADAŃ Tematyka prowadzonych badań obejmuje koncepcję metody i projekt zaawansowanego modelu urządzenia do optycznego pomiaru temperatury w procesie podziemnego zgazowania węgla. Urządzenia do optycznego pomiaru temperatury są bezkontaktowymi przyrządami termometrycznymi, pracującymi na bazie praw promieniowania cieplnego. Promieniowanie cieplne, nazywane inaczej temperaturowym, jest emitowane przez każdy obiekt mający temperaturę wyższą od zera bezwzględnego. Miarą ilości energii emitowanej z jednostki powierzchni, w jednostce czasu do półprzestrzeni jest egzytancja energetyczna, która zależna jest od temperatury źródła promieniowania i długości fali. Wraz z temperaturą maksimum charakterystyk emisyjnych przesuwa się w kierunku krótszych długości fali. Opracowana metoda pomiarowa bazuje na wyznaczeniu maksimum krzywej emisyjnej, a następnie na jej podstawie, wartości temperatury źródła promieniowania. Jest to nowe podejście w stosunku do powszechnie stosowanych optycznych przyrządów pomiarowych – pirometrów i kamer termowizyjnych. W fizycznej realizacji czujnika wykorzystano spektrometr VIS-NIR i układ optyczny składający się z pręta kwarcowego i światłowodu. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Proces podziemnego zgazowania węgla jest alternatywnym sposobem pozyskiwania energii zmagazynowanej w tym surowcu, bezpośrednio w pokładzie węglowym, in situ. Produktem zgazowania jest gaz procesowy, który może być wykorzystany do celów energetycznych (produkcja energii elektrycznej i cieplnej oraz wodoru) lub jako substrat dla przemysłu chemicznego do produkcji m.in. substytutu gazu ziemnego czy paliw płynnych. Kluczowym parametrem dla prowadzenia procesu podziemnego zgazowania węgla w sposób kontrolowany jest temperatura procesu. Pomiar warunków temperaturowych panujących w reaktorze podziemnego zgazowania węgla jest zadaniem trudnym, a niekiedy wręcz niemożliwym do zrealizowania, ze względu na specyficzne środowisko pomiarowe: zamknięta przestrzeń reaktora w pokładzie węglowym, wysoka temperatura procesu do ok. 2000°C, konieczność prowadzenia pomiarów w obecności gazów palnych i wybuchowych przez długi okres, w czasie rzeczywistym. Powszechnie dostępne urządzenia termometryczne nie spełniają w pełni wymagań, jakie stawia przed nimi proces podziemnego zgazowania węgla, dlatego konieczne jest opracowanie nowych metod pomiarowych i urządzeń, które pozwolą na prowadzenie procesu PZW w sposób kontrolowany i uzyskanie pożądanych produktów dla konkretnych zastosowań. 148 HUBERT MICHALCZUK Politechnika Częstochowska [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Wpływ wybranych parametrów konstrukcyjnych gwintownika wygniatającego na kształtowanie gwintu SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zakres badań obejmuje zagadnienia związane z projektowaniem, wytwarzaniem, technologią wygniatania gwintów, konstrukcją gwintowników wygniatających, analizą i optymalizacją ich kształtu, opierającą się na symulacjach komputerowych MES i badaniach stanowiskowych. Wykonanie gwintów w materiałach wysoko plastycznych, stalach kwaso- i żaroodpornych oraz metalach nieżelaznych może okazać się dużym problemem. Metoda plastycznego kształtowania gwintów pozwala w dużym stopniu na rozwiązanie problemów występujących podczas wykonywania gwintów wewnętrznych. Zastosowanie tej bezwiórowej technologii obróbki umożliwia gwintowanie materiałów trudno skrawalnych, czyni proces gwintowania bardziej wydajnym. Żywotność gwintowników wygniatających jest kilkanaście razy wyższa od gwintowników skrawających. Gwint wykonany tą technologią jest wysokiej jakości i znacznie odporniejszy na ścinanie. Bardzo istotną cechą charakteryzującą narzędzie, jest jego profil (graniastość) w przekroju poprzecznym. Głównym celem prowadzonych badań jest analiza wpływu wybranych parametrów konstrukcyjnych gwintownika wygniatającego w przekroju poprzecznym, dobranie kształtu grani tak, aby zagwarantowane zostały właściwe warunki wygniatania. 149 Na terenie województwa śląskiego znajduje się znacząca ilość zakładów przemysłowych zainteresowanych wynikami badań, z następujących branży: narzędziowej, maszynowej, motoryzacyjnej, zbrojeniowej, górniczej, precyzyjnej. Zakłady wykorzystują bądź mają zamiar wdrożyć technologie wykonywania gwintów wewnętrznych metodą wygniatania, a wyniki badań uzyskane z pracy doktorskiej mogą mieć dla nich istotne znaczenie, co do wyboru odpowiednich narzędzi i technologii wygniatania gwintów. Istnieje również wiele zakładów produkujących narzędzia do obróbki metali, które wykazują się dużym zainteresowaniem gwintownikami wygniatającymi i technikami optymalizacji kształtu. Dzięki opracowaniu technologii plastycznego kształtowania gwintów wewnętrznych, pod względem kształtu narzędzia w części wygniatającej i kalibrującej, możemy stać się jedynym producentem tego rodzaju narzędzi w Polsce. Narzędzia te mogą zostać wykorzystane w różnych dziedzinach przemysłu, do kształtowania gwintów wewnętrznych, o średnicach od M3 do M40, w materiałach zwykłej jakości i w materiałach specjalnych. BARBARA NIERADKA Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Materiały kompozytowe o osnowie polimerowej z nanodrutami Cu o podwyższonej absorpcji promieniowania i zwiększonym przewodnictwie cieplnym SKRÓCONY OPIS BADAŃ Zasadniczym celem podejmowanej pracy doktorskiej jest opracowanie technologii otrzymywania nanodrutów nieorganicznych oraz opracowanie z ich udziałem technologii otrzymywania innowacyjnych materiałów kompozytowych, co zostanie zrealizowane w kilku następujących po sobie etapach. W pierwszej kolejności zostaną wytworzone w procesie elektroprzędzenia nanowłókna polimerowe, zawierające w swej budowie nanocząstki metalu. Następnie zostaną one poddane oddziaływaniu wysokiej temperatury w celu usunięcia części organicznej oraz przebudowy pozostałej części nieorganicznej w postać nanodrutów. Uzyskanie nanodrutów Cu i/lub Ag pozwoli wkroczyć w kolejny etap pracy mający na celu opracowanie materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej z nanodrutami, które wykażą własności m.in. podwyższonej przewodności cieplnej oraz zdolności pochłaniana promieniowania. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W myśl omawianej tematyki rozprawy doktorskiej zostanie opracowany nowoczesny materiał kompozytowy, który dzięki swym specyficznym własnościom może znaleźć zastosowanie w szczególności w przemyśle zbrojeniowym, motoryzacyjnym, elektrycznym. Omawiane materiały kompozytowe mogą zostać zastosowane do wytwarzania osłon pochłaniających promieniowanie, które mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle zbrojeniowym. Przewiduje się, że wytworzony materiał kompozytowy będzie konkurencyjny z dotychczas stosowanymi materiałami na kokpity samochodowe, tapicerkę, filtry, przewody wentylacji i klimatyzacji. Wykonane z omawianego materiału kompozytowego elementy mogą podwyższyć bezpieczeństwo użytkowania oraz zapobiegać rozwojowi grzybów i bakterii wewnątrz pojazdu. Ich działanie nie będzie doraźne, będzie trwałe w całym okresie eksploatacji pojazdu. Omawiany kompozyt może być zastosowany do wytwarzania pokryw, osłon do maszyn i kabin sterowniczych w przemyśle maszynowym oraz warstw przewodzących w przemyśle elektrycznym. Może również zostać przeznaczony na otuliny dla kanałów przepływu powietrza, ogrzewanie foteli i kanap samochodowych, jako wzmocnienia w panelach nadwozia i zderzakach, na przewody paliwowe o zmniejszonej przepuszczalności par benzyny, zbiorniki paliwa, głównie z powodu ich własności przewodzących, dzięki czemu eliminowałoby się zjawisko ładowania elektrostatycznego. 150 PAWEŁ NOWAK Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Analiza własności regulacyjnych algorytmu sterowania ADRC dla zastosowań w automatyce procesowej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Prace skupiają się na analizie i implementacji nowatorskiego algorytmu sterowania ADRC (Activce Disturbance Rejection Control). Algorytm ten w ostatnich latach zdobywa coraz większą popularność, zarówno w środowisku naukowym, jak i przemyśle. W opinii jego twórców ma szansę stać się następcą powszechnie stosowanego algorytmu PID. W ramach projektu zakłada się zarówno analizy teoretyczne algorytmu ADRC, jak i jego weryfikację praktyczną, dla zastosowań w automatyce przemysłowej. Duży nacisk położony jest również na implementację algorytmu sterowania ADRC, w postaci bloków funkcyjnych dla popularnych sterowników PLC. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ We współczesnej gospodarce coraz większy nacisk kładzie się na energooszczędność, efektywność i ekologiczność procesu produkcyjnego. Jednocześnie wciąż rosną wymagania związane z jakością produktu końcowego, przy możliwie minimalnych kosztach produkcji. Połączenie tych oczekiwań narzuca bardzo duże wymagania na przebieg samego procesu. Z tego punktu widzenia kluczowe znaczenie ma oczywiście jego poprawne zaprojektowanie. Jednak z drugiej strony nawet najlepiej zaprojektowany proces technologiczny, bez odpowiedniej warstwy sterowania, nie będzie w stanie spełniać stawianych mu wymagań. W literaturze branżo- 151 wej można znaleźć informacje, iż każda poprawa jakości pracy układów regulacji, poprzez zmianę nastaw lub samego algorytmu regulacji, ma kluczowe znaczenie dla poprawy jakości, wydajności i bezpieczeństwa całego procesu produkcyjnego. W dłuższej perspektywie, powoduje to poprawę sytuacji ekonomicznej całego przedsiębiorstwa. Projekt zakłada testowanie algorytmu ADRC na podstawie pilotażowych instalacji przemysłowych znajdujących się w Zakładzie Urządzeń i Układów Automatyki. Prace mają charakter zarówno symulacyjny, jak i praktyczny. Porównanie zaawansowanych algorytmów regulacji z popularnie stosowanymi układami ma na celu pokazanie korzyści stosowania tych pierwszych. W konsekwencji zaś przyczynić się do wzrostu ich popularności. Opracowanie przykładowych bloków funkcyjnych dla sterowników PLC powinno dostarczyć gotowe narzędzia dla inżynierów, dzięki czemu proces projektowania układów regulacji stanie się szybszy i prostszy. ANETA OLSZEWSKA Politechnika Śląska Wydział Elektryczny, Katedra Optoelektroniki [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Identyfikacja i lokalizacja sygnałów emisji akustycznej w olejowych transformatorach energetycznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Podstawowym celem pracy doktorskiej jest rozróżnienie sygnałów emisji akustycznej (EA) pochodzących od różnych źródeł w olejowych transformatorach energetycznych, rozpoznanie właściwości rozróżnionych sygnałów ze szczególnym uwzględnieniem źródeł wyładowań niezupełnych (WNZ) oraz opracowanie metodyki mającej na celu lokalizację źródeł WNZ w olejowych transformatorach energetycznych. Detekcja, ocena intensywności i lokalizacja WNZ są niezmiernie ważne w aspekcie bieżącej oceny stanu izolacji badanych transformatorów elektroenergetycznych. Na tej podstawie podejmuje się decyzję o jej dalszej przydatności eksploatacyjnej, w tym również o przekazaniu transformatora do remontu lub jego wycofaniu z eksploatacji. Będąca przedmiotem badań diagnostyka metodą EA oparta jest na wykorzystaniu wykrywania i lokalizacji źródeł EA, w tym źródeł wyładowań niezupełnych w olejowych transformatorach energetycznych, zaawansowanych deskryptorów EA. Deskryptory te nadają sygnałom EA stopień zaawansowania, który jest powiązany ze stopniem zaawansowania procesów deformacyjnych zachodzących w badanych urządzeniach. Posługując się rozróżnieniem sygnałów ze względu na ich stopień zaawansowania, opracowano metodykę lokalizacji źródeł WNZ w olejowych transformatorach energetycznych. Prowadzone prace badawcze mają charakter nowatorski i priorytetowe znaczenie w prowadzeniu diagnostyki on-line ważnych urządzeń w polskim systemie elektroenergetycznym. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wynikiem pracy doktorskiej jest metoda lokalizacji wyładowań niezupełnych w olejowych transformatorach mocy, która może być wdrożona do badań diagnostycznych tychże urządzeń. Wyniki badań mają zastosowanie praktyczne, które jest ważne w rozwoju innowacyjności. Już na etapie badań została podjęta współpraca z przemysłem, gdyż badania prowadzone są na rzeczywistych, pracujących transformatorach. Zapotrzebowanie energetyki na tego rodzaju badania jest bardzo duże, o czym świadczy umieszczenie metody akustycznej w aktach normatywnych dotyczących badań eksploatacyjnych transformatorów dużych mocy. 152 MARCIN PROCEK Politechnika Śląska Wydział Elektryczny, Katedra Optoelektroniki [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Zastosowanie nanostruktur półprzewodników szerokoprzerwowych w układach do pomiaru i detekcji wybranych gazów SKRÓCONY OPIS BADAŃ Badania dotyczą zastosowania nanostruktur półprzewodników szerokoprzerwowych w urządzeniach do detekcji i pomiaru stężeń gazów. Badane materiały to tlenek cynku, ditlenek tytanu i ditlenek cyny. Materiały te w formie cienkich warstw są szeroko stosowane w sensoryce gazów już od wielu lat. W celu minimalizacji wymiarów sensorów przy jednoczesnej poprawie ich czułości i zmniejszaniu energochłonności podejmuje się próby aplikacji nanaocząstek wspomnianych materiałów. Nanostruktury mają bardzo rozwiniętą powierzchnię, oddziałującą z gazami oraz uporządkowaną strukturę krystaliczną. W ramach pracy dokonywana jest synteza nanostruktur wspomnianych półprzewodników oraz badanie i analiza ich morfologii, a także składu chemicznego. W pracy badawczej wykorzystuje się takie metody, jak mikroskopia elektronowa (SEM), mikroskopia sił atomowych (AFM), mikroskopia optyczna czy spektroskopia Ramana. Istotnym elementem pracy doktorskiej jest projektowanie i wykonywanie sensorów gazów, w których absorberami są wspomniane nanostruktury. Wykonane sensory poddawane są badaniom na oddziaływanie z wybranymi gazami. Prowadzone są również prace nad urządzeniami zatężającymi gazy o niskich stężeniach przed detekcją (prekoncentratorami). Poza aspektem technologicznym i aplikacyjnym trwają prace nad lepszym poznaniem zjawisk fizykochemicznych zachodzących na powierzchni badanych nanostruktur półprzewodnikowych pod wpływem gazów. Znajomość mechanizmów 153 oddziaływania badanych materiałów z gazami jest niezbędna do projektowania sensorów gazów o dobrych parametrach. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Opracowane w ramach doktoratu urządzenia mogą zostać zastosowane do badania stężeń oraz wykrywania gazów. Urządzenia takie mogą być stosowane w wielu ważnych dla gospodarki kraju i regionu gałęziach przemysłu (samochodowym, lotniczym, chemicznym i energetycznym, w górnictwie, obronności, medycynie i innych). Są również stosowane do monitorowania składu powietrza atmosferycznego, a także w gospodarstwach domowych jako czujniki lotnych substancji niebezpiecznych. Opracowane sensory gazów wykazują czułość na ekstremalnie niskie stężenia ditlenku azotu oraz umożliwiają detekcję par materiałów wybuchowych. Dorobek naukowy związany z sensorami gazów oraz współautorstwo dwóch zgłoszeń patentowych dotyczących urządzeń do detekcji gazów są atutem w prowadzonych badaniach. WOJCIECH RADWAŃSKI Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku Białej [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Wpływ naciągu magnetycznego na żywotność łożysk tocznych i ugięcie wału w silnikach elektrycznych z magnesami trwałymi SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem pracy doktorskiej jest zgłębienie problemów eksploatacyjnych silników elektrycznych i ich poprawa przez wydłużenie żywotności łożysk tocznych i dokładniejsze obliczenia wytrzymałościowe wału w kierunku wzrostu atrakcyjności tego typu napędów oraz zwiększenia sprzedaży, co pociąga za sobą zmniejszenie jednostkowej ceny produktu. Obliczenia wytrzymałościowe wału w silniku elektrycznym z magnesami trwałymi przeprowadza się analogicznie jak obliczenia wytrzymałościowe dla silnika asynchronicznego. Z uwagi na występowanie w maszynach z magnesami trwałymi stałej siły magnetomotorycznej wzbudzenia w wirniku, zagadnienie naciągu magnetycznego w tych maszynach jest bardziej złożone niż w przypadku maszyn indukcyjnych asynchronicznych. Jest ono także istotniejsze z uwagi na stosowanie w maszynach z magnesami trwałymi wyższej wartości indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej w stosunku do wartości stosowanych w maszynach indukcyjnych. Siła naciągu magnetycznego powinna też być brana pod uwagę przy obliczeniach reakcji w łożyskach tocznych, co przekłada się na dokładniejsze oszacowanie ich żywotności w postaci roboczogodzin. Konieczne wydaje się więc podjęcie prac mających na celu zrozumienie zjawiska naciągu magnetycznego w maszynach z magnesami trwałymi i opracowanie metod obliczeniowych pozwalających możliwie dokładnie szacować wpływ tego zjawiska na poprawność działania projektowanych tego typu maszyn z magnesami trwałymi. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Poprawa parametrów eksploatacyjnych i doskonalenie silników elektrycznych powszechnie używanych w przemyśle maszynowym, samochodowym oraz górniczym to ciągły rozwój technologii projektowania i wytwarzania przenoszenia napędów w sposób bezpieczny, cichy i ekologiczny. Każde zjawisko wpływające negatywnie na prace silników elektrycznych, w tym naciąg magnetyczny, powinno być rozpatrzone w kontekście nauk technicznych jako zgłębienie wiedzy oraz możliwość analizy i przebadania w celu poprawy efektywności pracy maszyn napędzanych silnikami elektrycznymi, w tym z magnesami trwałymi. Możliwość prowadzenia badań nad niepożądanymi zjawiskami ograniczającymi efektywność pracy napędów elektrycznych i ich eliminowaniem przyczynia się do poprawy parametrów eksploatacyjnych, ceny oraz sprzedaży, co w konsekwencji znacząco wpływa na rozwój przemysłu. Projekt badawczy można określić jako wysoce innowacyjny, ze względu na nierozpoznany problem naciągu magnetycznego w maszynach elektrycznych ze wskazaniem na silniki z magnesami trwałymi, i mający duży wpływ na poprawę efektywności pracy maszyny elektrycznej oraz jej sprawności, co przekłada się na aspekt ekonomiczny. 154 JUSTYNA SKOWRONEK Uniwersytet Śląski Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Ciecze jonowe jako płyny hydrauliczne nowej generacji – badanie właściwości fizykochemicznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zainteresowanie cieczami jonowymi wynika z ich unikatowych właściwości. Ze względu na niską prężność par, stabilność chemiczną i fizyczną są bardziej przyjazne środowisku oraz mniej szkodliwe dla zdrowia, a odpowiedni dobór kationu bądź anionu na etapie syntezy pozwala na dostosowanie ich właściwości do potrzeb aplikacyjnych. Badanie właściwości fizykochemicznych cieczy jonowych w szerokim zakresie temperatury i ciśnienia jest istotne z punktu widzenia zastosowania tych związków jako płynów hydraulicznych bądź dodatków poprawiających właściwości olejów. Pomiary gęstości, prędkości propagacji fali ultradźwiękowej w zakresie ciśnienia od 0,1 do 100 MPa metodą otwartej pętli elektroakustycznej oraz pojemności cieplnej pozwolą na określenie temperaturowej i ciśnieniowej charakterystyki ściśliwości i rozszerzalności termicznej badanych związków. Metoda akustyczna jako jedyna pozwala na bezpośrednie wyznaczenie współczynnika ściśliwości adiabatycznej. Celem pracy jest określenie wpływu budowy cieczy jonowych na właściwości termodynamiczne i akustyczne oraz znalezienie optymalnych wartości wszystkich wielkości fizykochemicznych, poprawiających jakość olejów hydraulicznych. 155 Obszar województwa śląskiego, ze względu na bardzo dużą liczbę funkcjonujących zakładów zajmujących się dostarczaniem podzespołów samochodowych, jest nazywany zagłębiem motoryzacyjnym. Dynamiczny rozwój przemysłu motoryzacyjnego na terenie województwa ukazuje jego duży wpływ na otoczenie lokalne i regionalne. Charakterystyka fizykochemiczna cieczy jonowych pozwoli na znalezienie nowych płynów hydraulicznych, charakteryzujących się bardzo dobrymi właściwościami, poprawiającymi jakość pracy urządzeń pod względem eksploatacyjnym i użytkowym. Zadaniem nowych olejów będzie zmniejszenie ich zużycia, polepszenie pracy układów hydraulicznych pojazdów mechanicznych, bez narażania na niebezpieczeństwo zdrowia ludzkiego. Te właściwości przyczynią się do dłuższej eksploatacji i żywotności pojazdów silnikowych. Ciecze jonowe, ze względu na swoje unikalne właściwości, mogą wpływać na niezawodność i trwałość układów tribologicznych (właściwości przeciwzatarciowe i przeciwzużyciowe). Nowoczesne technologie oraz innowacyjne zastosowania w pojazdach samochodowych mogą stanowić przyszłość regionu. MILENA TRZASKALSKA Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Zakład Przetwórstwa Polimerów [email protected] obszar technologiczny: Przemysł samochodowy, maszynowy, lotniczy i górniczy problem badawczy: Analiza oddziaływania środków barwiących na wybrane właściwości fizyczne i użytkowe wyprasek z terpolimeru ABS SKRÓCONY OPIS BADAŃ Tematem pracy jest analiza wpływu ilości i rodzaju środków barwiących (w postaci sproszkowanego pigmentu, a także jego koncentratów w bazie tworzyw z grupy styrenowej: ABS i PS) oraz parametrów przetwórstwa (temperatura formy, temperatura wtryskiwania i prędkość wtryskiwania) na właściwości przetwórcze, mechaniczne oraz użytkowe wyrobów z tworzywa ABS (akrylonitryl – butadien – styren). W ramach badań wstępnie porównano właściwości przetwórcze tworzywa niebarwionego oraz barwionego, wyznaczając wartość wskaźnika szybkości płynięcia MFR. Następnie przeprowadzono badania wpływu warunków przetwórstwa oraz ilości i postaci środków barwiących na właściwości wyprasek: • mechaniczne – badano: twardość, udarność i wytrzymałość na rozciąganie, • cieplne – badano temperaturę mięknienia wg Vicata, • użytkowe – badano barwę i połysk. W związku z faktem, że elementy barwione są często narażone na ekspozycję promieni słonecznych wypraski poddano starzeniu promieniami UV w warunkach przyspieszonych, a następnie zbadano zmianę ich właściwości użytkowych, takich jak barwa i połysk. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Dzięki wykorzystaniu napełniaczy oraz środków pomocniczych, m.in. środków barwiących, zastosowanie tworzyw sztucznych znacznie się zwiększyło. Znaczącą rolę odegrała tutaj możliwość stosunkowo łatwego, trwałego oraz taniego (w stosunku do innych materiałów) barwienia tworzyw. Dodanie niewielkiej ilości środka barwiącego pozwala na uzyskanie wytworu o dowolnej barwie i dobrych właściwościach użytkowych. Przy właściwie dobranych warunkach przetwórstwa (temp. formy/temp. wtryskiwania/prędkość wtryskiwania) można otrzymać wypraski o gładkiej powierzchni i jednolitej barwie, albowiem zmiana parametrów przetwórstwa przekłada się na zmiany właściwości użytkowych. Jednocześnie odpowiedni dobór wspomnianych parametrów umożliwia wytworzenie wyprasek o właściwościach mechanicznych i cieplnych zbliżonych do odnotowywanych dla tworzywa niebarwionego lub wyższych. Badania związane z powyższą tematyką mają duży potencjał, albowiem do chwili obecnej jest niewiele prac/badań znanych szerszemu gronu odbiorców (w tym przedstawicielom przemysłu przetwórstwa tworzyw) oraz publikacji związanych z określeniem wpływu takich czynników, jak środki barwiące (ich zawartość/postać/skład chemiczny) oraz warunki przetwórstwa na właściwości amorficzne tworzyw konstrukcyjnych. 156 157 NANOTECHNOLOGIE I NANOMATERIAŁY MARIA BAŃCZYK Uniwersytet Śląski [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Nanokryształy fluorkowe w materiałach krzemianowych otrzymanych metodą zol-żel SKRÓCONY OPIS BADAŃ Szybko rozwijająca się w ostatnich dekadach nanotechnologia, a także rosnące wymagania różnych rynków technologicznych, wymuszają poszukiwania nanomateriałów o precyzyjnie zaprojektowanych właściwościach. Domieszkowanie nanostruktur optycznie aktywnymi jonami lantanowców pozwala na modyfikacje ich właściwości optycznych, co czyni je idealnymi materiałami do zastosowań w optoelektronice. Bardzo dobre właściwości optyczne wykazują jony europu, które wyróżniają się spośród innych lantanowców intensywną emisją w zakresie światła widzialnego o barwie czerwonej. Dodatkowo wykazano, że trójwartościowe jony europu pełnią funkcję sondy spektroskopowej, wskazującej zmiany strukturalne wokół najbliższego otoczenia aktywatora. Metoda zol-żel jest jedną z technik wykorzystywanych do otrzymywania nanokryształów o wysokim stopniu czystości, które z łatwością można aktywować jonami europu. Prowadzone badania dotyczą otrzymania metodą zol-żel bezołowiowych bezpiecznych dla środowiska nanokryształów fluorkowych (CaF2, BaF2 oraz SrF2) domieszkowanych jonami europu. Kolejnym istotnym elementem jest zbadanie lokalnej struktury i właściwości optycznych jonów Eu3+ w układach zol-żelowych przed i po procesie wygrzewania, a także detekcja nanokryształów fluorkowych za pomocą metod mikroskopowych i spektroskopowych. Powyższe układy zol-żelowe (CaF2, BaF2, SrF2) domieszkowane jonami europu poprzez bardzo dobre właściwości optyczne mają duże predyspozycje do stania się innowacyjnymi nanomateriałami bezołowiowymi do zastosowań w optoelektronice. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zastosowanie otrzymanych w pracy doktorskiej wyników badań w obszarze nanotechnologii i nanomateriałów jest bardzo istotne dla istniejących potrzeb województwa śląskiego. Głównym medium transmisyjnym województwa śląskiego, wykorzystywanym w różnych dziedzinach przemysłu, jest technologia światłowodowa. Otrzymane w pracy doktorskiej innowacyjne bezołowiowe nanokryształy domieszkowane jonami europu mogą bezpośrednio zostać wykorzystane w modyfikacji technologii otrzymywania światłowodów. Zastosowanie nanokryształów fluorkowych (CaF2, BaF2, SrF2) domieszkowanych jonami europu może wpłynąć na optymalizację parametrów optycznych materiałów wyjściowych do produkcji światłowodów poprzez poprawę ich właściwości optycznych, co wpłynie korzystnie na zmniejszenie się kosztów budowy nowoczesnej infrastruktury telekomunikacyjnej (mniejsza ilość podstacji – wzmacniaczy sygnałów) zwiększając przepustowość oraz zasięg nowo otrzymanych światłowodów. Opracowanie zol-żelowej technologii nanokryształów fluorkowych aktywowanych jonami Eu3+ będzie też dobrym punktem wyjścia do otrzymania podobnych układów, ale domieszkowanych innymi jonami lantanowców (na przykład Nd3+, Er3+, Tm3+) pod kątem ich zastosowań w optoelektronice. 160 MAŁGORZATA BERDYS Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Monolity hybrydowe o hierarchicznej strukturze porów w skali mikro i nanometrycznej. Opracowanie nowej klasy materiałów dla zastosowań procesowych poprzez modyfikację na poziomie molekularnym SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Celem pracy badawczej jest otrzymanie mikroreaktora monolitycznego o wysokiej sprawności. Osiągnięcie tego celu możliwe jest poprzez modyfikację materiałów na poziomie nanostrukturalnym. Potrzeba powiększenia wielkości monolitów krzemionkowych, będących podstawą opracowanych ostatnio ciągłych mikroreaktorów enzymatycznych o niezwykle wysokiej efektywności, była inspiracją do stworzenia układu hybrydowego „monolit w monolicie”, z monolitami krzemionkowymi umieszczonymi wewnątrz tzw. monolitu kordierytowego. W układzie tym monolit kordierytowy pełni funkcję „rusztowania” wzmacniającego strukturę monolitu krzemionkowego, co pozwala na znaczne zwiększenie jego wielkości, a poprzez to znaczne poszerzenie możliwości aplikacyjnych. Istotne zagadnienie stanowi konieczność zapewnienia dobrej spójności całej struktury. Zagadnienia inżynierii funkcjonalnych warstw/ powłok powierzchniowych jest jednym z nowszych obszarów wiedzy, o dużym znaczeniu praktycznym. W pracy wykorzystywane są nanostrukturalnie modyfikowane warstwy powierzchniowe mające podwójną funkcję: zabezpieczenia przed wpływem czynników środowiska zewnętrznego (m.in. przed zużyciem mechanicznym) oraz ingerencją z zewnątrz, tworząc tym samym korzystne warunki dla przebiegu reakcji chemicznych i enzymatycznych. 161 Praca badawcza jest ukierunkowana na otrzymanie prototypu nowego rozwiązania mikroreaktora monolitycznego o wysokiej sprawności do praktycznych zastosowań w syntezie chemicznej, biochemicznej oraz proteolizie. Wzrost wydajności i postęp innowacyjności gospodarki województwa śląskiego możliwy jest przy wykorzystaniu jednej z najszybciej rozwijających się dziedzin naukowych, jaką jest nanotechnologia. Potrzeba zwiększenia konkurencyjności gospodarki wymaga pilnego wyposażenia przedsiębiorstw w rozwiązania z zakresu najnowszych technologii, wśród których, obok IT, technologie materiałowe, stanowiące tradycyjnie silny atut regionu, wysuwają się na czoło. Proponowany projekt istotnie wzmacnia ten ostatni nurt o nowatorską wiedzę należącą do obszaru nanotechnologii i materiałów hybrydowych. Omawiane badania prowadzą do zwiększenia atrakcyjności regionu poprzez pozyskanie najnowszej wiedzy z zakresu technologii nanomateriałów funkcjonalnych i hybrydowych. Dodatkowo powinno być możliwe podniesienie efektywności procesów wytwórczych – syntezy chemicznej i biochemicznej, skutkujące kilkukrotnym obniżeniem zużycia energii i materiałów. W wyniku przeprowadzonych doświadczeń zamierzonym efektem będzie poprawa bezpieczeństwa procesowego, a poprzez to warunków pracy i ochrony środowiska. AGNIESZKA GODZIEK Uniwersytet Śląski [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Zastosowanie technik chromatograficznych oraz innych instrumentalnych technik analitycznych do badania procesu samorzutnej peptyzacji wybranych aminokwasów białkowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Pojęcie nanorurek czy nanosfer peptydowych znane jest od początku lat 90. ubiegłego stulecia, jednak dopiero obecny postęp technologiczny pozwala na lepsze poznanie tych niezwykłych struktur. Niniejsze badania dotyczą zarówno pojedynczych aminokwasów białkowych, jak i ich mieszanin w roztworach wodnych. Aminokwasy biogenne są podstawowym składnikiem budulcowym w ludzkim organizmie. Wchodzą w skład wszystkich białek, a ich sekwencja określa unikalne właściwości poszczególnych białek. Aminokwasy białkowe wykazują właściwości przeciwzapalne, wpływają na estetykę skóry, mają działanie ochronne, antyoksydacyjne, higroskopijne, a ponadto biorą udział w podstawowych czynnościach życiowych. Ich niezwykłe właściwości są nieustannie wykorzystywane w produkcji preparatów kosmetycznych o różnorodnym zastosowaniu. Wszystkie aminokwasy z wyjątkiem glicyny posiadają w swojej strukturze asymetryczny atom węgla α i dlatego należą do grupy związków optycznie czynnych. Ulegają zarówno inwersji chiralnej, jak i samorzutnej peptyzacji w roztworach wodnych i niewodnych. Zgłębianie tej tematyki nie tylko pozwoli lepiej poznać badane związki, ich naturalne zachowanie w organizmach żywych, lecz także umożliwi poznanie mechanizmu inwersji chiralnej oraz reakcji samorzutnej peptyzacji. Drugim kluczowym tematem badawczym jest badanie nanostruktur peptydowych pod kątem mechanizmu samoorganizacji prostych peptydów w nanorurki, nanosfery czy nanowłókna. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Opracowanie technologii otrzymywania nanorurek peptydowych może przyczynić się do szerszego zastosowania tych niezwykłych struktur w produktach kosmetycznych. Nanostruktury cechują się innymi właściwościami niż związek czy pierwiastek, z którego powstały. Stąd racjonalne jest przypuszczenie, iż zastosowanie nanorurek peptydowych w kosmetyce znacznie poprawi działanie antyoksydacyjne, przeciwzapalne, czy przeciwstarzeniowe odpowiednich preparatów kosmetycznych. Następstwem prowadzonych badań mogą być osiągnięcia w zakresie wdrażania innowacyjnych nanotechnologii w przemyśle kosmetycznym, rozwój nowych technologii, powstawanie nowych, innowacyjnych produktów kosmetycznych, a co za tym idzie – rozwój gospodarki województwa śląskiego. 162 MACIEJ KAPKOWSKI Uniwersytet Śląski Wydział Matematyki Fizyki i Chemii, Instytut Chemii e-mail: [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Nanometaliczne katalizatory selektywnego utleniania alkoholi SKRÓCONY OPIS BADAŃ Rozwiązanie problemu wydajnego i selektywnego utleniania polialkoholi w szczególności gliceryny jest ważnym problemem w chemii. W procesie produkcji biopaliw oraz innych procesach chemicznych wytwarza się duże ilości gliceryny, której zagospodarowanie jest kłopotliwe. Jest to jeden z głównych powodów, dlaczego obecnie prowadzi się intensywne badania nowych selektywnych i wydajnych technologii konwersji gliceryny do produktów o istotnych zastosowaniach przemysłowych, poprawy ekonomiki takich procesów oraz zwiększenia produkcji biodiesla. Zaletą gliceryny jest jej łatwa dostępność oraz związana z tym niska cena. Jednocześnie ta stosunkowo prosta cząsteczka jest potencjalnym źródłem wielu związków chemicznych o większej użyteczności w syntezie organicznej, np. kwasu glicerynowego, dihydroksyacetonu, aldehydu glicerynowego, kwasu glikolowego, kwasu octowego. Nowe technologie przerobu gliceryny skupiają się ponadto na ekologicznych i ekonomicznych problemach tego typu procesów. Jedną z obecnie stosowanych metod utylizacji odpadowej gliceryny jest jej biotechnologiczne przetwarzanie. Proces ten jest jednak skomplikowany i kosztowny, a tworzące się produkty stanowią mieszaninę wielu związków chemicznych. Zakres projektu wpisuje się w nowatorskie trendy badawcze. W ramach prowadzonych badań planuje się opracowanie i zastosowanie nowych efektywnych nanokatalitycznych układów metali szlachetnych (Au, Pd, Pt, Re, Ru, Ir), osadzonych na różnych nośnikach (SiO2, C, Ni, Cu, CuO, V2O5, 163 Co2O3, MgO), w szczególności do reakcji utleniania surowców organicznych, w tym gliceryny oraz innych (poli)alkoholi. Ponadto w ramach prac przewiduje się przeprowadzenie systematycznego studium przydatności otrzymanych nanometali jako nowych katalizatorów heterogenicznych w innych reakcjach organicznych. Badania wytworzonych nanomateriałów obejmą m.in. analizy ich struktury, aktywności, selektywności. Reakcje katalityczne prowadzone będą w szczególności z wykorzystaniem technik ultradźwiękowego i mikrofalowego wspomagania reakcji. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Opracowanie nowych rozwiązań utylizacji odpadowej gliceryny może w znaczącym stopniu wpłynąć na wzrost poziomu oraz potencjału innowacyjnego firm wykorzystujących nanotechnologie na terenie województwa śląskiego poprzez potencjalną możliwość wykorzystania nowych technologii katalitycznych opartych na heterogenicznych nanokatalizatorach. W wyniku ich zastosowania możliwa będzie redukcja kosztów produkcji wytwarzanych związków chemicznych oraz poprawa stanu ochrony środowiska. Jedną z takich perspektywicznych możliwości jest zastosowanie układu nano-Au/SiO2 w utylizacji odpadowej gliceryny do kwasu octowego (M. Kapkowski, M. Korzec, P. Bartczak, J. Polański, Sposób utylizacji gliceryny do kwasu octowego, zgłoszenie patentowe; Nr. P.407235, 2014). KARINA KOCOT Uniwersytet Śląski Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Mikroekstrakcja w zatężaniu i oznaczaniu śladowych ilości pierwiastków techniką rentgenowskiej spektrometrii fluorescencyjnej SKRÓCONY OPIS BADAŃ Projekt poświęcony jest zastosowaniu nowoczesnego nanomateriału węglowego, jakim jest grafen w zatężaniu i oznaczaniu śladowych ilości pierwiastków techniką rentgenowskiej spektrometrii fluorescencyjnej (X-ray fluorescence, XRF). W omawianych badaniach wykorzystywana jest innowacyjna technika izolowania analitów z matryc, tzn. dyspersyjna mikroekstrakcja do fazy stałej. Metoda ta jest zgodna z nurtem rozwoju współczesnych technik ekstrakcyjnych, w którym do powszechnie stosowanych procedur analitycznych wprowadza się zasady „zielonej chemii”. Techniki mikroekstrakcyjne cieszą się obecnie ogromnym zainteresowaniem w chemii analitycznej ze względu na uproszczenie procesu ekstrakcji i znaczne zmniejszenie ilości zużywanych odczynników organicznych, co pozostaje w zgodzie z zasadami zielonej chemii. Szerokie zastosowanie XRF w analizie jakościowej i ilościowej wynika m.in. z wielopierwiastkowego charakteru pomiaru (oznaczane są wszystkie pierwiastki jednocześnie) oraz możliwości analizowania próbek stałych bez konieczności ich wcześniejszej mineralizacji. Typowe granice wykrywalności przy czasie pomiaru wynoszącym kilka minut są rzędu ppm, co nie jest wystarczające w przypadku oznaczania śladowych ilości pierwiastków w próbkach środowiskowych. Celem badań jest opracowanie procedury zatężania, prowadzącej do otrzymania stałych próbek grafenu wraz z zaadsorbowanymi na jego powierzchni pierwiastkami, które nadają się idealnie do pomiaru techniką XRF. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Opracowana szybka i niekosztowna procedura zatężania śladowych ilości metali, może stanowić atrakcyjne narzędzie w analizie różnego rodzaju próbek środowiskowych. Uzyskane wyniki badań będą mogły zostać wykorzystane przez laboratoria środowiskowe, zakłady oraz instytuty badawcze zajmujące się problematyką ochrony środowiska m.in. w zakresie pomiaru zanieczyszczeń, monitoringu środowiska lub analizie fizykochemicznej wody i ścieków. Zaproponowana procedura zatężania pozwala na oznaczanie pierwiastków w próbkach o bogatej matrycy organicznej, jak również w próbkach o wysokim zasoleniu, które sprawiają duże problemy podczas oznaczania innymi technikami instrumentalnymi. Zaproponowane podejście pozwoli na wykorzystanie opracowanej przeze mnie procedury zatężania w laboratoriach zajmujących się analizowaniem tego typu próbek. Zastosowana w prowadzonych badaniach procedura zatężania śladowych ilości pierwiastków pozwoli na rozszerzenie zakresu stosowania rentgenowskich spektrometrów fluorescencyjnych o analizę próbek ciekłych. 164 MATEUSZ KORZEC Uniwersytet Śląski, Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii Instytut Chemii, Zakład Chemii Organicznej [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Synteza bloków budulcowych dla farmacji i chemii metodą katalizy heterogenicznej w układzie nano-Pd/Cu SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ We współpracy z Instytutem Metodologii Badań Sp. z o. o. (grupa JARS) opracowano nowe metody wytwarzania nanomateriałów, które mogą być stosowane jako katalizatory reakcji heterogenicznych m.in. w reakcji tworzenia wiązania C-C. W szczególności okazuje się, że nanopallad naniesiony na: SiO2, Cu, CuO, Ni, Ag, Ag2O może być skutecznym katalizatorem reakcji sprzęgania Sonogashiry. Badania takich nanokatalizatorów prowadzone we współpracy z firmą NANO-CHEM-TECH doprowadziły do opracowania nowej technologii ujawnionej w zgłoszeniu patentowym opisującym zastosowanie nano-Pd/Cu w reakcjach sprzęgania. Wyniki badań opisane zostały także w renomowanym czasopiśmie – M. Korzec et al., Bimetallic nano-Pd/ PdO/Cu system as a highly effective catalyst for the Sonogashira reaction, „Journal of Catalysis”, 313 (2014) 1–8. Wytworzony katalizator zawierający nanopallad na miedzi elektrolitycznej w reakcjach sprzęgania Sonogashiry daje produkty z wysokimi wydajnościami. Prosty układ reakcyjny oraz łatwość wydzielenia katalizatora po zakończeniu reakcji stanowi alternatywę dla klasycznych metod prowadzenia tych reakcji. Obecnie prowadzone są badania nad zastosowaniem nanokatalizatora Pd/Cu w innych ważnych reakcjach dla chemii i farmacji oraz wykorzystania otrzymanych przy użyciu tego katalizatora produktów, do syntezy nowych związków. Wykonane będą syntezy substancji aktywnych biologicznie oraz sprawdzony zostanie poziom zanieczyszczenia metalami w tych produktach, po wydzieleniu katalizatora Pd/Cu. 165 Prowadzone badania wspólnie z firmą POCH stały się prekursorem intensywnych prac badawczych w dziedzinie nanokatalizy w Zakładzie Chemii Organicznej Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Dalsze badania oraz współpraca pomiędzy NANO-CHEM-TECH i UŚ nad zastosowaniem otrzymanych nanostruktur w sprzęganiach stały się podstawą do publikacji w renomowanym czasopiśmie naukowym. Wykorzystanie produktów otrzymanych przy użyciu katalizatora (Pd/Cu) pozwoliło także na otrzymanie nowych interesujących związków z grupy barwników fluoroscencyjnych, które mogą znaleźć zastosowanie w medycynie, szczególnie w diagnostyce medycznej do obrazowania komórek lub narządów, elementów układów biologicznych, takich jak organelle, antyciała DNA i RNA, co zostało ujawnione w zgłoszeniu patentowym (Robert Musioł, Mateusz Korzec, Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Agnieszka Szurko, Wioletta Cieślik, Ewelina Spaczyńska, Marzena Rams-Baron – Sposób obrazowania struktur biologicznych, 2013, P. 406315). Obecnie prowadzone są badania w ramach programu SPIN-TECH nad możliwościami aplikacyjnymi technologii otrzymywania nanomateriałów i/lub nanokatalizatora Pd/Cu w przemyśle. MAGDALENA LASKOWSKA Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Instytut Fizyki [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Charakterystyka spektroskopowa i własności magnetyczne krzemionki mezoporowatej SBA-15 aktywowanej metalami SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem rozprawy doktorskiej jest synteza i określenie własności fizykochemicznych materiałów opartych na mezoporowatej matrycy krzemionkowej typu SBA-15, zawierającej grupy aktywne: nikiel, miedź i żelazo przyłączone za pośrednictwem grupy propylowo-fosforanowej oraz nanokryształ magnetyczny Mn12 przyłączony za pomocą grupy propylowo-węglanowej. Materiały są syntezowane w postaci proszków, w których rozmiar pojedynczego ziarna materiału wynosi od 100 do 500 nm, a dzięki własnościom hydrofobowym możliwe jest zachowanie stanu nanoproszku. Należy jednak podkreślić, że wyniki uzyskane dla proszków mogą posłużyć za punkt wyjścia do dalszych badań poświęconych cienkim warstwom. Nanomateriały będące obiektem badań charakteryzują się jednorodnym rozlokowaniem grup aktywnych, z możliwością pełnej kontroli ich stężenia. Średnica pojedynczej mezopory to 4,95 nm natomiast wielkość grupy aktywnej to około 0,5 nm. Dzięki innowacyjnej procedurze syntezy możliwa jest kontrola odległości pomiędzy aktywnymi centrami. Procedury są przygotowywane tak, by synteza chemiczna odzwierciedlała proces technologiczny, w którym molekuły są układane z dużą precyzją, budując złożone struktury w sposób kontrolowany, co jest zgodne z wizją E. Drexlera odnośnie do sposobu syntezowania nanomateriałów. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Otrzymywane nanomateriały mają szczególne własności – hydrofobowość i możliwość kontrolowanej aktywacji jonami metali, które można wykorzystać do modyfikacji tworzyw sztucznych. Dzięki temu możliwe jest otrzymanie materiału (modyfikatora) nadającego tworzywom sztucznym pożądane właściwości. Materiały, opracowane w ramach projektu, zostaną użyte do modyfikacji tworzyw polimerowych: polisilanu oraz poliuretanu. Dodatek modyfikatora, jakim jest hydrofobowa krzemionka SBA-15, pozwala na uzyskanie materiału o własnościach samoczyszczących. Dodatkowo możliwość aktywacji krzemionki srebrem lub miedzią daje możliwość uzyskania materiałów jednocześnie dezynfekujących i samoczyszczących. Zastosowanie hydrofobizowanej krzemionki SBA-15 zawierającej jony srebra lub miedzi pozwoli na otrzymanie materiału mającego właściwości samoczyszczące i dezynfekujące jednocześnie, którego potencjał aplikacyjny jest ogromny. Materiały takie mają kluczowe znaczenie przede wszystkim w ochronie zdrowia. Modyfikowany poliuretan może zostać wykorzystany do produkcji elementów wyposażenia placówek ochrony zdrowia, a także placówek użyteczności publicznej – generalnie wszędzie tam, gdzie konieczne jest zachowanie dużej czystości i sterylności. Możliwe jest również zastosowanie krzemionkowych modyfikatorów w przemyśle tekstylnym i samochodowym. 166 BEATA MARCOL Uniwersytet Śląski Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Nowe, aromatyczne mono- i makromolekularne nanomateriały dla organicznej elektroniki SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Prowadzone badania mają na celu otrzymanie prekursorów aromatycznych mono- i makromolekularnch nanomateriałów na drodze kilkuetapowego procesu. Podstawowym założeniem był zakup lub opracowanie syntezy katalizatorów (np. [Ruch(CO)(PPh3)3]) i ich zastosowanie w reakcji izomeryzacji dienów izolowanych do sprzężonych. Tak otrzymane produkty pośrednie zastosowano w następnym etapie procesu, tj. w reakcji cykloaddycji Diesla-Aldera. Cykloaddycje [4 + 2] typu dien-alkin oraz dien-alken przeprowadzono w warunkach katalitycznych, a także w warunkach wysokiego ciśnienia, co umożliwiło opracowanie optymalnych warunków dla reakcji przebiegającej pomiędzy dienem a dienofilem. Jako dieny sprzężone wykorzystano produkty izomeryzacji: pochodne 1,5-heksadien-3,4-diolu (eterów alkilowych lub acetali) oraz estrów kwasu linolowego (etylowego lub oktylowego), natomiast funkcję dienofila pełniły odpowiednio: 5-etynylo-2,2’-bitiofen, 1,2-bis(2,2’-bitiofen-5-ylo)etyn oraz 1,2-bis(2,2’-bitiofen-5-ylo)eten (otrzymany we współpracy z UAM w Poznaniu). Związki te również zostały otrzymane na drodze kilkuetapowego procesu. Opracowano warunki aromatyzacji produktów cykloaddycji, czyli uzyskanie finalnych nanomateriałów molekularnych. Dodatkowo poszerzono zakres typu układów katalitycznych stosowanych w reakcji izomeryzacji. Prowadzono badania nad tańszymi zamiennikami katalitycznymi aniżeli kompleksy metali przejściowych (Ru, Rh), tj. układami katalitycznymi typu eter koronowy–mocna zasada. 167 Prowadzone badania pozwoliły na poszerzenie spektrum dostępnych nanometariałów dla organicznej elektroniki. Opracowanie metod modyfikacji nanomateriałów umożliwiło otrzymanie na skalę przemysłową nowych pochodnych z grupy politiofenów o oczekiwanych właściwościach. Wprowadzenie technologii wytwarzania zarówno produktów finalnych (jak i półproduktów) w skali wielkolaboratoryjnej pozwoli na wzbogacenie ofert handlowych firm prosperujących na rynku chemicznym. Wzbogacono ofertę handlową firmy Synal Chemicals o: katalizator izomeryzacji dienów sprzężonych (skonjugowanych estrów kwasu linolowego), 1,2-bis(bitiofen-5-ylo)eten, a także kolejny nanometariał - 1,2-dihydroksy-3,6-dimetylo-4,5-bis(2,2’-bitiofen-5-ylo)benzen. Wszystkie elementy nowości stały się przedmiotem zgłoszeń patentowych, których współautorem jest firma Synal Chemicals. MAREK MATUSSEK Uniwersytet Śląski Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Nowe materiały, nanomateriały oraz prekursory polimerów przewodzących dla organicznej elektroniki z polskich źródeł renu i metali szlachetnych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Dynamicznie kształtujący się rozwój technologiczny w dziedzinie szeroko pojętej elektroniki, spowodował, iż w ostatnich latach znacznie wzrosło zainteresowanie materiałami luminescencyjnymi. Z tych względów znaczna część związków organicznych już na wstępie jest projektowana, a następnie syntezowana pod kątem możliwości ich późniejszego zastosowania w materiałach optoelektronicznych. Realizowany projekt koncentruje się wokół tego typu związków. Niniejsza praca obejmuje zaprojektowanie, syntezę, a następnie przeprowadzenie szeregu badań fizykochemicznych nowo otrzymanych układów, opartych głównie na pochodnych bitiofenu, fluorenu oraz karbazolu. Punktem wyjściowym badań jest otrzymanie etynylowych (Ar-C≡CH) oraz 1,3-butadiynowych (Ar-C≡C-C≡C-Ar) pochodnych ww. (hetero)aromatów, które w następnych etapach planuje się przekształcić w odpowiednie materiały, nanomateriały bądź prekursory polimerów przewodzących o oczekiwanych właściwościach optycznych. Otrzymane pochodne etynylowe są w kolejnych etapach pracy wykorzystywane do syntezy serii kompleksów renu(I), typu [ReX(CO)3NN], gdzie X to odpowiedni ligand etynylowy, zaś chelatujący ligand N,N-donorowy to pochodna terpirydyny, bipirydyny lub fenantroliny. Druga grupa otrzymanych pochodnych jest z kolei przekształcana w układy pirolowe bądź fosfolowe, za pomocą których zamierza się otrzymać kompleksy złota(I), typu [LAuX], gdzie X stanowi wybrany ligand etynylowy, zaś L to ligand fosfolowy. Na każdym etapie pracy przeprowadza się wiele badań (w tym modelowanie molekularne przy użyciu obliczeń kwantowo-mechanicznych DFT), określając, w jakim kierunku powinna postępować modyfikacja struktury elektronowej otrzymywanych związków (w szczególności kompleksów) w celu polepszania ich właściwości luminescencyjnych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Wszystkie wytworzone w ramach niniejszej pracy nanomateriały zostaną wszechstronnie przebadane pod kątem ich praktycznego wykorzystania w organicznej elektronice, w tym w szczególności do konstrukcji diod OLED (Organic Light-Emitting Diode). Przewiduje się zatem otrzymać materiał, który będzie odznaczał się ulepszonymi parametrami użytkowymi niż obecnie dostępne na rynku światowym produkty. Spełnienie powyższego zaowocuje poszerzeniem oferty handlowej firmy Syntal Chemicals (z którą nawiązano współpracę) o opisywane (konkurencyjne) materiały. 168 KRYSTIAN MISTEWICZ Politechnika Śląska Instytut Fizyki – Centrum Naukowo-Dydaktyczne [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Własności sensorowe pojedynczych nanodrutów SbSI SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Celem pracy doktorskiej jest opracowanie i zbadanie nowego typu sensorów gazu oraz fotodetektorów wykonanych z pojedynczych nanodrutów jodosiarczku antymonu (SbSI). Materiał ten jest ferroelektrycznym półprzewodnikiem o unikalnych własnościach optycznych, elektrycznych i fotoelektrycznych, zależnych od środowiska gazowego. W ramach pracy doktorskiej wytwarzane są nanodruty SbSI metodą sonochemiczną. Wykorzystywana jest technologia ukierunkowania nanodrutów w zolu w polu elektrycznym między mikroelektrodami. Istotnym elementem pracy jest rozwiązanie problemu montażu pojedynczych nanodrutów w sensorach przez zastosowanie zgrzewania ultradźwiękowego z mikroelektrodami. Jakość połączeń wykonanych techniką zgrzewania ultradźwiękowego jest badana w wyniku analizy morfologii struktur (mikroskopia sił atomowych, skaningowa mikroskopia elektronowa) oraz pomiar charakterystyk prądowo-napięciowych przed i po wykonaniu zgrzewania. Badany jest wpływ wilgotności na własności elektryczne i fotoelektryczne nanodrutów SbSI. Ponadto wykonywane są pomiary kinetyki zmian przewodnictwa elektrycznego jako odpowiedzi na obecność różnych gazów (O2, H2, CO2, CO, N2O, NH3, CH4). Wyżej wymienione badania przeprowadzane są w szerokim zakresie temperatur przy braku oświetlenia oraz przy oświetleniu promieniowaniem o długości fali 488 nm. 169 Nanomateriały charakteryzują się dużym stosunkiem powierzchni do objętości, a adsorpcja cząsteczek na powierzchni silnie wpływa na ich własności fizyczne. W przypadku półprzewodników obecność warstwy powierzchniowej znajduje odzwierciedlenie w ich własnościach elektrycznych i optycznych. W ferroelektrykach występuje dodatkowy mechanizm fizycznej adsorpcji cząsteczek wskutek oddziaływania z dipolami adsorbera. Z tych względów nanokrystaliczny SbSI jest uważany za materiał mający własności przydatne z punktu widzenia różnego rodzaju sensorów. Przeznaczeniem nanostruktur zawierających nanodruty SbSI może być ich zastosowanie jako sensory gazów, czujniki wilgotności oraz fotodetektory. Zalety nanosensorów SbSI, takie jak selektywność, wysoka czułość, niewielkie rozmiary i niski pobór mocy, czynią je konkurencyjnymi wobec czujników opartych na konwencjonalnych technologiach. IWONA NAWROT Uniwersytet Śląski Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Struktura i spektroskopia polimerów koordynacyjnych i supramolekularnych związków kadmu(II) SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem pracy badawczej jest synteza oraz charakterystyka strukturalna i spektroskopowa nowych połączeń koordynacyjnych kadmu(II), głównie polimerów koordynacyjnych konstruowanych na bazie nieorganicznych ligandów mostkujących, takie jak: jony azydkowy, tiocyjanianowy oraz dicyjanoamidowy oraz węzły kadmowe z N-heterocyklicznymi ligandami, wykazujących właściwości luminescencyjne. Szczegółowe cele pracy realizowane są w 4 etapach. Pierwszym z nich jest opracowanie efektywnej metody syntezy związków koordynacyjnych kadmu(II) z wyżej wymienionymi jonami nieorganicznymi i N-heterocyklicznymi ligandami o właściwościach luminescencyjnych oraz otrzymanie tych kompleksów w formie monokrystalicznej przy wykorzystaniu odpowiednich technik krystalizacji. W drugim etapie zostaje określona geometria sfery koordynacyjnej centrum metalicznego, sposobu koordynacji liganda nieorganicznego i N-heterocyklicznego, geometria mostka Cd(II)-łącznik-Cd(II) oraz topologia polimerów koordynacyjnych przy wykorzystaniu rentgenowskiej analizy strukturalnej. Kluczowym etapem jest zbadanie właściwości fluorescencyjnych otrzymanych połączeń kadmu(II) w roztworze oraz ciele stałym, w temperaturze pokojowej i ciekłego azotu oraz ich szczegółowa dyskusja w porównaniu z wolnymi ligandami heterocyklicznymi. Istotna jest również analiza termograwimetryczna otrzymanych połączeń, pozwalająca ustalić zakres temperatur, w których otrzymane produkty cechują się najwyższą trwałością termiczną. Wyniki przeprowadzonych dotychczas badań wstępnych są bardzo obiecujące. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Zrozumienie roli oddziaływań kowalencyjnych i niekowalencyjnych (wiązań wodorowych, π-π stackingowych i van der Waalsa) w tworzeniu polimerów koordynacyjnych i supramolekularnych kompleksów metali przejściowych pozwoli na racjonalne projektowanie syntez oraz umożliwi kontrolę nad strukturą i właściwościami materiałów nieorganicznych. Badania w tym zakresie wniosą znaczący wkład w rozwój chemii nowoczesnych materiałów o właściwościach luminescencyjnych. Stwarza to z kolei szanse na rozwój nowych urządzeń dla optoelektroniki, takich jak sensory, sondy, diody, znajdujących wykorzystanie w wielu gałęziach gospodarki i przemysłu oraz przyczyniających się do wzrostu ich innowacyjności. 170 ANNA NOWAK Uniwersytet Śląski Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Zjawisko przełączania rezystywnego w modelowych tlenkach niobu i tantalu SKRÓCONY OPIS BADAŃ Głównym celem pracy doktorskiej jest rozpoznanie mechanizmu przełączania rezystywnego (RS) w tlenkach tantalu i niobu. Efekt RS polega na silnej zmianie oporu elektrycznego w ograniczonym obszarze materiału o wysokim oporze elektryczny pod wpływem przyłożonego napięcia rzędu kilku V. Jednakże wiedza o fizycznych podstawach zjawiska jest ograniczona. W projekcie tym, zostaną zbadane cienkie warstwy tlenku tantalu i niobu wytworzone takimi metodami, jak: • utlenienie w środowisku ultrawysokiej próżni (UHV) polikrystalicznego Ta i Nb, • osadzenie cienkich warstw Ta i Nb za pomocą epitaksji molekularnej (MBE) oraz ich utlenienie w warunkach kontrolowanych w UHV, • naparowanie cienkich warstw Ta i Nb oraz ich pięciotlenku na podłoże krzemowe wraz z ich utlenianiem w kontrolowanych warunkach. Przeprowadzone badania strukturalne obejmują dyfrakcję rentgenowską (XRD), która pozwala określić ich strukturę krystalograficzną oraz reflektometrię rentgenowską (XRR), dzięki której otrzymuje się informacje na temat grubości cienkich warstw oraz ich gęstości elektronowej, a także techniki dyfrakcji elektronów (LEED i RHEED). Struktura atomowa oraz pomiar lokalnego przewodnictwa jest sprawdzany za pomocą mikroskopii LC-AFM. Spektroskopia masowa jonów wtórnych (ToF-SIMS) daje informacje na temat rozkładu pierwiastków na powierzchni i w głębi warstwy z dużą rozdzielczością przestrzenną. Struktura 171 elektronowa, która jest ważna dla zrozumienia zjawiska RS, jest badana za pomocą spektroskopii fotoelektronów (XPS). PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Materiały tlenkowe, zwłaszcza w formie cienkich warstw, a w szczególności tlenki tantalu i niobu, wykazujące efekt przełączania rezystywnego, są obecnie ważnymi kandydatami do zastosowań w nowych typach pamięci nieulotnej i innych urządzeniach mikroelektroniki. Obecnie w przemyśle pamięci półprzewodnikowych, który wciąż dąży do miniaturyzacji, stosuje się materiały, takie jak Si, Ge, GaAs, InSb, czy CdTe. Jednak parametry pracy pamięci krzemowych są znacznie gorsze od tych, które dzisiaj są uważane za ich alternatywę. Nowy rodzaj pamięci RS opartych na materiałach tlenkowych będzie trwalszy, możliwa będzie większa ilość przełączeń oraz gęstość zapisu, która może wynieść TB/cm2. Wyniki tych badań mogą w znaczący sposób wpłynąć na projektowanie i wytwarzanie pamięci typu ReRAM (Resistive Random Access Memory). JOANNA PALION-GAZDA Uniwersytet Śląski Wydział Matematyki, Fizyki, Chemii, Instytut Fizyki [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Kompleksy metali przejściowych z ligandem 2,3,5,6-tetra(2-pirydyl)pirazyną w aspekcie badań strukturalnych, spektroskopowych oraz magnetycznych SKRÓCONY OPIS BADAŃ Zasadniczym celem niniejszej pracy badawczej jest opracowanie metod syntezy i otrzymanie, interesujących pod kątem strukturalnym, funkcjonalnych, ze względu na swoje właściwości magnetyczne, kompleksów metali przejściowych (głównie z 2,3,5,6-tetra(2-pirydyl)pirazyną). Realizowana tematyka badawcza koncentruje się na grupie związków określanych jako magnetyki molekularne. Wśród magnetyków molekularnych szczególną rolę odgrywają polimery koordynacyjne. Ich topologia może być kontrolowana przez kombinację różnych oddziaływań międzycząsteczkowych, a właściwości polimerów koordynacyjnych są konsekwencją nałożenia nowych warunków strukturalnych na proste prekursory, co stwarza możliwość modelowania ich rozmiarów oraz właściwości fizykochemicznych, w tym magnetycznych. Prace badawcze obejmują zasadniczo trzy etapy. Pierwszy z nich to opracowanie i optymalizacja metod syntezy nowych związków kompleksowych metali przejściowych. Kolejne stadium badań obejmuje ustalenie struktury związków, tzn. geometrii sfery koordynacyjnej jonu centralnego, sposobu koordynacji ligandu, geometrii mostka „jon centralny – łącznik – jon centralny”, a także określenie topologii wielowymiarowej struktury. W trzecim etapie zostaje określony typ i wielkość oddziaływań magnetycznych pomiędzy jonami centralnymi w zależności od rodzaju i geometrii mostków. Otrzymane wyniki pozwolą na wyznaczenie korelacji magnetostrukturalnych i sklasyfikowanie otrzymanych związków do odpowiednich grup magnetyków molekularnych. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Kompleksy metali przejściowych o właściwościach magnesów molekularnych odgrywają istotną rolę w poszukiwaniu alternatywnych metod zapisu i przechowywania informacji. Materiały te wykazują wiele cech zbliżonych do tradycyjnych materiałów magnetycznych, lecz przewyższają je czułością i selektywnością, łącząc jednoczenie szereg właściwości optycznych, elektrycznych i strukturalnych. Stwarza to szansę na wiele potencjalnych zastosowań w zakresie technologii eksploracji danych, jedna cząsteczka może być bowiem traktowana jako jeden bit, tworząc w ten sposób elementy pamięci magnetycznej o nieprecedensowych gęstościach danych. To z kolei otwiera drogę do stworzenia systemów o programowanej na poziomie molekularnej strukturze, łączących klasyczne i kwantowe właściwości magnetyczne. 172 MICHAŁ SITARZ Politechnika Śląska Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, Instytut Elektroniki [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Analiza porównawcza właściwości powierzchniowych jednowymiarowych i dwuwymiarowych nanostruktur SnO2 w aspektach sensorowych SKRÓCONY OPIS BADAŃ PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W ciągu dwudziestu ostatnich lat dwutlenek cyny (SnO2) wzbudził zainteresowanie, w związku z jego potencjalnym zastosowaniem w rezystancyjnych czujnikach gazów. Jest to związane z jego wysoką przewodnością elektryczną oraz bardzo aktywną powierzchnią chemiczną. Prowadzone badania mają na celu porównanie właściwości nanodrutów dwutlenku cyny (SnO2) wytworzonych metodą VPD na krzemie pokrytym kilku-nanometrowymi warstwami metalu (Au, Ag, Pt) w odniesieniu do cienkich warstw osadzonych metodą L-CVD. W ramach realizacji zadania zostanie porównana morfologia otrzymanych jednowymiarowych nanostruktur metodą Skaningowej Mikroskopii Elektronowej (SEM). Natomiast różnice własności chemicznych pomiędzy jednowymiarowymi i dwuwymiarowymi nanostrukturami SnO2 zostaną wyznaczone metodą Rentgenowskiej Spektroskopii Fotoelektronowej (XPS), w szczególności zostanie określona ich względna stechiometria oraz występowanie zanieczyszczeń węglowych na powierzchni badanych materiałów. W celu obserwacji zachowania wybranych gazów resztkowych w określonych temperaturach zostaną przeanalizowane wyniki otrzymane Temperaturowo Programowalną Desorpcją ze Spektroskopią Masową (TPD+MS). Powyżej opisane badania pozwolą na porównanie jednowymiarowych i dwuwymiarowych nanostruktur dwutlenku cyny w aspektach zastosowań sensorowych. 173 Spośród urządzeń sensorowych, których działanie oparte jest na SnO2 jako elemencie aktywnym, te, których praca opiera się na wykorzystaniu dwuwymiarowych cienkich warstw, wydawały się być najbardziej obiecujące ze względu na czas odpowiedzi sensora, jego stabilność i czułość. Jednakże wadą zarówno grubych, jak i cienkich warstw SnO2 jest ograniczona powierzchnia aktywna, która zmniejsza ich potencjalną czułość. Prowadzone badania skupiają się na nanodrutach SnO2 w związku z tym, że mają bardzo dobrze rozwiniętą powierzchnię wewnętrzną, bardzo dobre właściwości elektryczne i interesującą morfologię, co może czynić je lepszymi w stosunku do nanowarstw. W aspekcie zastosowań nanodrutów SnO2, jako elementów aktywnych sensora, zostanie również określony wpływ roli metalu katalitycznego na strukturę i właściwości chemiczne nanodrutów. Inny problem, któremu poświęcone są badania, to tzw. efekt starzenia, który związany jest z niekontrolowaną adsorpcją zanieczyszczeń, szczególnie węglowych. Zostanie porównany wpływ danej nanostruktury na ilość adsorbowanych na powierzchni zanieczyszczeń oraz określona temperatura, w której następuje ich desorpcja. Ma to na celu odnalezienie optymalnych temperatur pozbywania się zanieczyszczeń powierzchniowych, mających wpływ na pracę sensora. AGATA SZŁAPA Uniwersytet Śląski Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Instytut Chemii [email protected] obszar technologiczny: Nanotechnologie i nanomateriały problem badawczy: Reakcje cykloaddycji: nowe zastosowania w syntezie materiałów i nanomateriałów dla organicznej elektroniki SKRÓCONY OPIS BADAŃ Celem niniejszego projektu jest synteza nowych materiałów polimerowych i molekularnych zawierających w swej strukturze motyw 2,2’-bitiofenowy, karbazolowy lub fluorenowy o oczekiwanych właściwościach, przeznaczonych do zastosowania w organicznej elektronice. Syntezy związków są poprzedzone modelowaniem struktur cząsteczek, optymalizacją ich geometrii, a ponadto projektowaniem najbardziej odpowiednich struktur za pomocą metody DFT. Wszystkie zaprojektowane związki, otrzymane lub syntezowane w ramach projektu, należą do grupy o wzorze ogólnym X-A-X, gdzie X to 2,2’-bitiofen, N-alkilokarbazol lub 9,9-dialkilofluoren, natomiast funkcję łącznika A pełnią układy benzenowe, naftalenowe, antracenowe lub ugrupowania tetracenu i pentacenu. Pierwszy etap badań polega na syntezie etynylowych pochodnych na podstawie reakcji sprzęgania Sonogashiry odpowiednich jodopochodnych z acetylenem. Następnie otrzymane pochodne acetylenu są wykorzystywane w reakcjach cykloaddycji katalizowanych kompleksowymi związkami renu(I) lub rodu(III), a także w reakcjach cykloaddycji Dielsa-Aldera [4+2]. W drugim etapie wszystkie otrzymane związki poddawane są badaniom elektrochemicznym metodą woltamperometrii cyklicznej CV oraz różnicowej pulsowej woltamperometrii DPV. Ponadto dla wszystkich otrzymanych monomerów zostaną przeprowadzone próby polimeryzacji w celu uzyskania polimerów przewodzących. Badania te pozwolą na ustalenie, w jakich warunkach można z zaprojektowanych monomerów otrzymywać polimery przewodzące oraz na określenie podstawowych właściwości otrzymanych materiałów, determinujących możliwość ich praktycznego zastosowania. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE WYNIKÓW BADAŃ Niniejszy projekt dotyczy szczególnego rodzaju materiałów polimerowych – a mianowicie polimerów przewodzących z grupy politiofenów i polikarbazoli. Materiały te znajdują liczne zastosowania – szczególnie w tak intensywnie rozwijającej się organicznej elektronice. Wytworzenie każdego polimeru wymaga uzyskania wpierw monomeru – w tym przypadku odpowiedniej pochodnej tiofenu, fluorenu bądź karbazolu. Z monomerów uzyskuje się polimery, a te finalnie przetwarza na wiele sposobów – w zależności od przewidywanych zastosowań. Niezwykle ważnym elementem realizacji projektu jest również wzbogacenie oferty handlowej firmy Syntal Chemicals o wybrane monomery (produkty finalne). 174 175 NOTATKI NOTATKI Publikacja została opracowana w ramach projektu DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego Śląska realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki przez Samorząd Województwa Śląskiego w partnerstwie z Uniwersytetem Śląskim w Katowicach. Wszystkie opisy zainteresowań badawczych zamieszczone w niniejszej publikacji są autorstwa Stypendystek i Stypendystów projektu DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego Śląska. www.doktoris.us.edu.pl Lider projektu: Urząd Marszałkowski Województwa Śląskiego ul. Ligonia 46 40-037 Katowice Partner projektu: Uniwersytet Śląski ul. Bankowa 12 40-007 Katowice Projekt graficzny: .bringMore advertising ul. Armii Krajowej 9A 41-506 Chorzów www.bringmore.pl Druk: www.pracowniacc.pl ISBN 978-83-7328-321-3 Egzemplarz bezpłatny Katowice 2015 Publikacja jest współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego www.doktoris.us.edu.pl ISBN 978-83-7328-321-3 Egzemplarz bezpłatny Publikacja jest współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Podobne dokumenty
Doktoris - Uniwersytet Śląski
PROGRAM STYPENDIALNY
NA RZECZ INNOWACYJNEGO ŚLĄSKA
CHARAKTERYSTYKA PRAC BADAWCZYCH STYPENDYSTÓW
