ARRS temeljni projekti

Šifra projekta: N1-0148

Naslov projekta: Stabilizacija in destabilizacija spinskih tekočin zaradi perturbacij

Trajanje: 1.6.2020 – 31.5.2023
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Andrej Zorko

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Martin Klanjšek
• Dr. Matej Pregelj
• Dr. Andrej Zorko

Mladi raziskovalci:

• Mag. Nejc Janša

Vsebinski opis projekta:

Ozadje in utemeljitev: Kvantne spin tekočine (QSL) predstavljajo zanimivo stanje snovi, kjer igra kvantna prepletenost odločilno vlogo. Ta stanja, ki so običajno posledica geometrijske frustracije, ostanejo magnetno neurejena tudi pri ničelnih temperaturah. V večini primerov so mehanizmi stabilizacije in destabilizacije teh stanj nejasni. Po teoriji naj bi bile ključnega pomena motnje izotropne (Heisenbergove) izmenjalne interakcije med najbližjimi sosedi, kot so strukturne nepravilnosti, interakcije z nadaljnjimi sosedi in magnetna anizotropija. Ker se v resničnih materialih učinki teh motenj običajno prepletajo in ker je realizacij QSL malo, je eksperimentalna potrditev teh napovedi ena od najpomembnejših nalog na področju.

Cilji in specifične naloge: Glavni cilj predlaganega projekta je zagotoviti nov eksperimentalni vpogled v problem perturbacij na frustriranih spinskih mrežah s preučevanjem več novih predstavnikov dveh najpogostejših takšnih mrež v dveh dimenzijah, to je trikotne mreže (TL) in mreže kagome (KL). V primeru TL se bomo osredotočili na predvidena stanja podobna QSL, do katerih vodi nered v novo sintetizirani družini materialov Ba2MnTe1-xWxO6, za katere predhodne makroskopske meritve namigujejo na ta zanimiv pojav. Enak pojav bomo sistematično preučevali tudi pri dveh predstavnikih KL, Zn-brochantitu in Zn-barlowitu, ki imata različna osnovna stanja QSL. Naša posebna naloga bo ugotoviti, kako nečistoče medsebojno vplivajo na različna stanja QSL v primeru Kondovega pojava, ki smo ga v magnetnem izolatorju prvič opazili pred kratkim. Temeljito bomo raziskali še vpliv sklopitev z nadaljnjimi sosedi in vpliv magnetne anizotropije na osnovno stanje v zgoraj omenjenih materialih in v predstavniku KL YCu3(OH)6Cl3, kjer nečistoč ni.

Metode: Za dosego ciljev projekta je potrebno različno strokovno znanje, ki ga zagotavlja naš bilateralni pristop. Uporabili bomo kombinacijo zelo občutljivih lokalnih tehnik, od katerih vsaka nudi nepogrešljiv vpogled. Švicarska ekipa je strokovnjakov za miosnko spektroskopijo (mSR), vodja dr. Hubertus Luetkens pa je vodja skupine Bulk mSR na Inštitutu Paul Scherrer (PSI) in je odgovoren za nov instrument FLAME, ki bo začeti obratovati leta 2020. Visoka magnetna polja in nizke temperature, ki jih lahko doseže ta instrument, popolnoma ustrezajo potrebam tega projekta. Slovenska ekipa pod vodstvom prof. Dr. Andreja Zorka vključuje strokovnjake za magnetnoresonančne tehnike, vključno z jedrsko magnetno resonanco (NMR) in elektronsko spinsko resonanco (ESR). Instrumenti na Inštitutu Jožef Stefan (IJS) pokrivajo široko paleto magnetnih polj, eksperimenti v ekstremnih pogojih pa bodo izvedeni v partnerskih laboratorijih. Kot podporo eksperimentom bomo na IJS izvedeni tudi numerične izračune.

Pričakovani rezultati in vpliv na področje raziskav: Naš celostni pristop bo zagotovil manjkajoče informacije o učinkih različnih perturbacij na osnovna stanja modelov TL in KL. Rezultati nam bodo omogočili oceno teorije QSL-podobnih stanj povzročenih z neredom in predvidenih faznih diagramov obeh mrež, ki so odvisni od motenj. To predstavlja pomemben korak k razumevanju teh zagonetnih osnovnih stanj. Poleg tega je koncept QSL lahko povezan z drugimi zanimivimi kvantnimi pojavi, kot je visokotemperaturna superprevodnost, in ima velik potencial uporabe v kvantnih tehnologijah. Načrtujemo zaposlitev doktorskega študenta na švicarski strani in sofinanciranje več raziskovalcev na slovenski strani, vključno z doktorandi in postdoktorandi. Mladi znanstveniki, vključeni v projekt, bodo tako imeli dostop do vrhunske opreme in strokovnega znanja, saj bo projekt spodbudil pogosto izmenjavo raziskovalcev med dvema vodilnima laboratorijema na svojih področjih

Faze projekta in opis njihove realizacije:

1. faza

• Karakterizacija osnovnega stanja in stanja QSL induciranega z neredom v Ba2MnTe1-xWxO6

2. faza

• Določitev spinske hamiltonke in interakcij med defekti v Zn-brohantitu

3. faza

• Določitev učinka dopiranje na magnetno osnovno stanje antiferomagnetov kagome

4. faza

• Karakterizacija magnetna osnovna stanja YCu3(OH)6Cl3 in Y3Cu9(OH)19Cl8

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: N1-0175

Naslov projekta: Samooblikovane fotonske strukture iz tekočih kristalov

Trajanje: 1.2.2021 – 31.1.2023
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Jampani Venkata Subba Rao

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’ 

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J3-1758

Naslov projekta: Signalna pot z neugodnim izidom, ki vodi do ateroskleroze

Trajanje: 1. 7. 2019 – 30. 6. 2022   
Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Tilen Koklič

Vodja projekta znotraj F5: dr. Tilen Koklič

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• dr. Zoran Arsov
• dr. Stane Pajk
• dr. Rok Podlipec
• dr. Janez Štrancar
• dr. Iztok Urbančič

Tehnični sodelavci:

• Boštjan Kokot

Mladi raziskovalci:

• Hana Kokot
• Aleksandar Sebastijanović

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerzitetni klinični center Ljubljana

Raziskovalci:

• dr. Aleš Blinc
• dr. Mojca Božič Mijovski

Vsebinski opis projekta:

Ateroskleroza je kronična vnetna bolezen, ki je vzročno povezana z izražanjem vnetnega citokina interlevkina 6 (IL 6), ki ga lokalno izražajo različne celice in tkiva. Vdihavanje nanodelcev v onesnaženem zraku povzroči, da začnejo pljučni makrofagi, epitelne celice in žilne endotelijske celice lokalno izražati IL-6. Možni molekularni mehanizmi, ki povezujejo vdihavanje nanodelcev in IL-6 z vnetjem vaskularnega endotelija in posledično tvorbo fibrinskega strdka, pa še vedno ostajajo neznani.  V predlaganem prjektu bomo testirali hipotetično signalno pot, v kateri predlagamo, da ekspresijo IL-6 inducira koagulacijski faktor Xa, aktiviranim na nanodelcih ovitih s celičnimi membranami, kar vodi do tvorbe fibrinskega strdka okoli nanodelcev, ki so oviti s celičnimi membranami. V ta namen bomo uporabili novo predlagano serijo povezanih in vitro modelov celičnih monokultur (CellNet) in tehniko fluorescenčne STED mikropskopije s super resolucijo.

Faze projekta:

1) Povezovanje in vitro pljučnega epitelija in žilnega endotelija

Naloga 1.1: Izpostavljenost pljučnega epitelija nano-delcem. Izpostavljenost LA-4 epitelnih celic pljuč nano-delcem in določitev ovijanja nano-delcev s celičnimi membranami in vnosa v celice. Celice bomo gojili potopljene v celičnem mediju v prisotnosti fetalnega govejega seruma, ki vključuje goveji serumski albumin. Z membranami ovite nano-delce bomo identificirali z uporabo STED mikroskopije visoke ločljivosti in z analizo proteomike, ki jo bo izvedel zunanji sodelavec UCD. Količino citokinov, ki jih izražajo epitelne celice bomo merili s komercialno razpoložljivimi testi, ki so sposobni meriti interlevkin 1β in interlevkin 6. Aktivnost tkivnega faktorja (TF) bomo merili z uporabo komercialno dostopnega TF testa.

Naloga 1.2: Prenos v žilni epitelij. Nano-delce ovite z plazemskimi membranami LA-4 celic, bomo prenesli v potopljeni vaskularni endotelij in merili aktivnost aktiviranega faktorja X (fXa) kolorimetričnim testom za fXa. Učinek fXa na izražanje citokinov se bo meril s testom citokinov.

Naloga 1.3: Prenos v krvno plazmo. Nano-delci oviti s plazemskimi membranami LA-4 celic, bomo ponovno prenesli v pufer, ki vsebuje faktor VII, ali v bolnikovo plazmo, ki jo bodo darovali prostovoljci, odvzeli pa sodelavci iz Univerzitetnega kliničnega centra Ljubljana (UKC). Nastanek fibrinskega strdka bomo merili s konfokalno in visoko ločljivo STED mikroskopijo.

2) Model celične mreže (CellNet)

Časovno odvisna identifikacija identitete izraženih citokinov in faktorjev koagulacije krvi v mreži povezanih in vitro modelov celičnih mono-kultur pljučnih epitelijskih celic, alveolarnih makrofagov ter žilnih epitelijskih celic izpostavljenimi nano-delcem in tvorba fibrinskega strdka.

Bibliografske reference:

[1] H. Kokot et al., “Prediction of Chronic Inflammation for Inhaled Particles: the Impact of Material Cycling and Quarantining in the Lung Epithelium,” Adv. Mater., vol. 32, no. 47, p. 2003913, 2020, doi: 10.1002/adma.202003913.

[2] T. Sengupta, T. Koklic, B. R. Lentz, and R. Majumder, “Phosphatidylserine and phosphatidylethanolamine regulate the structure and function of FVIIa and its interaction with soluble tissue factor,” Biosci. Rep., vol. 41, no. 2, p. BSR20204077, Feb. 2021, doi: 10.1042/BSR20204077.

[3] Detekcija TiO2 nanodelcev v fibrinskem strdku z uporabo fluorescenčne mikroskopije : magistrsko delo. Golmajer Zima, Neža ; Osterman, Natan (mentor); Štrancar, Janez (comentor). Type of work: 2.09 master’s thesis. Year: 2020. COBISS.SI-ID 27414275

[4] P. H. Danielsen et al., “Effects of physicochemical properties of TiO₂ nanomaterials for pulmonary inflammation, acute phase response and alveolar proteinosis in intratracheally exposed mice,” Toxicol. Appl. Pharmacol., vol. 386, p. 114830, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.taap.2019.114830.

Šifra projekta: J2-1738

Naslov projekta: Elektrokalorični elementi za aktivno hlajenje elektronskih vezij

Trajanje: 1.7.2019 – 30.6.2022
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Barbara Malič

Vodja projekta na F5: Dr. Vid Bobnar

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo

Raziskovalci:

• Dr. Andreja Benčan Golob
• Dr. Vid Bobnar
• Dr. Andraž Bradeško
• Dr. Stefano Dall Olio
• Dr. Igor  Lengar
• Dr. Barbara Malič
• Dr. Nikola Novak
• Dr. Mojca Otoničar
• Dr. Uroš Plaznik
• Dr. Kristian Radan
• Dr. Vladimir Radulović
• Dr. Tadej Rojac
• Dr. Luka Snoj
• Dr. Urban Tomc
• Dr. Hana Uršič Nemevšek

Mladi raziskovalci:

• Katja  Klinar
•  Dr. Uroš Prah

Strokovni ali tehnični sodelavci:

• Silvo Drnovšek
• Brigita Kmet

Vsebinski opis projekta:

Čedalje večje potrebe družbe po hlajenju so postale globalna prioriteta, za hlajenje potrebujemo vedno večje količine energije. Podobno velja tudi za elektronske komponente in naprave, kjer sta splošna trenda hitrejše delovanje in miniaturizacija, kar tudi pomeni, da v čedalje manjšem volumnu nastaja čedalje več toplote. Prispevek k rešitvi problemov s segrevanjem je lahko inovativna uporaba relaksorsko feroelektričnih keramičnih materialov v hladilni tehniki, in sicer z izkoriščanjem elektrokaloričnega (EK) pojava. Slednji je definiran kot sprememba temperature, ki jo v polarnem materialu povzroči električno polje.

V projektu bomo preučili izvedljivost  relaksorsko feroelektričnih keramičnih EK-elementov za aktivno hlajenje elektronskih komponent za nišne aplikacije, kot so  medicinska radio-terapija, fuzijski reaktorji in vesoljske tehnologije. Delovanje komponent na osnovi feroelektrične  keramike in tankih plasti so že preverili v okoljih z ionizirajočim sevanjem,  toda vpliv slednjega na EK pojav še ni bil preverjen. Prednosti EK-hlajenja za  uporabo v elektroniki – namreč, da gre za metodo hlajenja v trdnem stanju, brez  hladilnih plinov, ki je kompaktna, izkazuje veliko učinkovitost, ima hiter  odziv, ki ga sprožimo z električnim signalom – so doslej opisovali v teoretičnih  in preglednih člankih.

V okviru projekta bomo  načrtovali in pripravili relaksorsko feroelektrične keramične materiale z  največjim EK pojavom v izbranem temperaturnem območju; raziskali bomo vpliv  ionizirajočega sevanja na EK pojav in po potrebi prilagodili sestavo in/ali  mikrostrukturo EK materiala; načrtovali in izdelali bomo miniaturno EK hladilno  napravo, ki bo sestavljena iz večplastnih EK elementov in toplotnih stikal. Projekt je organiziran v tri medsebojno povezane raziskovalne  delovne sklope (WP) in WP za upravljanje projekta.

V WP1: EK materiali bomo načrtovali in sintetizirali relaksorsko feroelektrične keramične materiale z največjim EK pojavom v danem območju delovanja, predvsem v bližini sobne temperature. Omeniti velja, da eden najbolj učinkovitih anorganskih EK materialov 0.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0.1PbTiO3 (PMN-10PT) izkazuje največji EK pojav pri amplitudi električnega polja okoli 100 kV/cm pri približno 100 oC. Z donorskim in/ali izovalentnim dopiranjem imamo namen premakniti temperaturno območje največjega EK pojava v PMN-10PT k sobni temperaturi.
V WP2: Študija vplivov ionizacijskega sevanja bomo ovrednotili vpliv sevanja z nevtroni in gama žarki  na EK pojav materialov, izbranih v WP1. Vzorce bomo izpostavili čedalje večjim dozam sevanja v reaktorju TRIGA Mark II (IJS), dokler ne bo prišlo do izrazitih sprememb v mikrostrukturi in odzivu EC obsevanih materialov. Če bo prišlo do velikega zmanjšanja EK pojava, bomo poskusili povečati radiacijsko odpornost materiala s spremembami defektne kemije in/ali mikrostrukture.
WP3: Demo EK-hladilna naprava vključuje tri podsklope. Večplastne EK-elemente izbranih dopiranih sestav PMN-10PT, izbranih v WP1 in preverjenih v WP2, bomo izdelali s tehnologijo nalivanja. Toplotna stikala bomo uporabili za prenos toplote med EK-elementi in izvorom/ponorom toplote. Različne izvedbe stikal (na primer pozistorji, materiali, ki izkazujejo fazne premene ali  triboelektrični pojav,  termoelastični nanosi) bomo primerjali s pomočjo numeričnega modeliranja in meritev, kar nam bo omogočilo izbiro optimalnega materiala in tehnologije za izdelavo stikala. Načrtovali in izdelali bomo miniaturno eksperimentalno hladilno napravo, sestavljeno iz večplastnih EK-elementov in toplotnih stikal, kot potrditev koncepta.

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J2-1740

Naslov projekta: Napredne anorganske in organske tanke plasti z ojačenim električno induciranjim odzivom

Trajanje: 1.7.2019 – 30.06.2022   
Logotip financerja:

Vodja projekta: prof. dr. Vid Bobnar

Vodja projekta znotraj F5: prof. dr. Vid Bobnar

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• dr. Andreja Benčan Golob
• dr. Zdravko Kutnjak
• dr. Marta Lavrič
• dr. Barbara Malič
• dr. Nikola Novak
• dr. Tadej Rojac
• dr. Brigita Rožič
• dr. Hana Uršič Nevemšek

Mladi raziskovalci:

• Andraž Bradeško
• Dejvid Črešnar
• Aleksander Matavž
• Uroš Prah

Šifra projekta: J2-1733

Naslov projekta: Rekonstrukcija električne prevodnosti tkiv s tehnikami magnetne resonance

Trajanje: 1.7.2019 – 30.6.2022
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Matej Kranjc

Vodja projekta na F5: Dr. Igor Serša

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Raziskovalci:

• Dr. Janja Dermol Černe
• Dr. Bor Kos
• Dr. Matej Kranjc
• Dr. Mojca Urška Mikac
• Dr. Damijan Miklavčič
• Dr. Igor Serša
• Rok Šmerc
• Dr. Jernej Vidmar

Mladi raziskovalci:

• Dr. Eva Pirc

Strokovni ali tehnični sodelavci:

• Ana Sepe
• Lea Vukanović

Vsebinski opis projekta:

Električne lastnosti bioloških tkiv so zanimive že več kot stoletje, saj določajo pot električnega toka skozi telo in so zato pomembne pri analizi širokega spektra biomedicinskih aplikacij. V zadnjih letih je elektroporacija ena izmed naprednejših in uspešnejših aplikacij uporabe elektromagnetnih polj. Pri elektroporaciji izpostavimo biološko celico pulznim električnim poljem, kar povzroči povečano prepustnost celične membrane. Za čim ustreznejšo izpostavljenost tkiva električnemu polju uporabljamo načrtovanje zdravljenja elektroporacijskih terapij, ki ima velik potencial pri klinični uporabi elektroporacije. Vendar pa je njegova uporaba trenutno omejena zaradi netočnih vrednosti električnih lastnosti zdravljenih tkiv, zlasti v tumorskem tkivu, ki je sestavljen iz različnih struktur, kot so nekroza in viabilne tumorske celice, z različnimi vrednosti prevodnosti. V literaturi lahko najdemo različne pristope določanja porazdelitve prevodnosti tumorjev, vendar ima vsaka od njih svoje slabosti; slaba prostorska ločljivost v primeru električnoimpedančne tomografije (EIT), zahteva po injiciranju električnega toka v primeru magnetnoresonančne električnoimpedančne tomografije (MREIT) in omejitev na vrednosti prevodnosti pri visokih frekvencah v primeru tomografije električnih lastnosti (Electrical Properties Tomography – EPT). Študije, ki se ukvarjajo s preučevanjem impedanc bioloških tkiv, so torej še vedno postavljene pred izziv merjenja porazdelitve električne prevodnosti pri nizkih frekvencah in z zadostno prostorsko ločljivosto ter brez injiciranja toka. Trenutno se s tem izzivom najbolje spopada tehnika slikanja tenzorja prevodnosti (Conductivity Tensor Imaging – CTI), ki je tudi predmet raziskave predlaganega projekta.

Cilj tega projekta je implementirati in validirati CTI tehniko za merjenje tenzorja električne prevodnosti pri nizkih frekvencah z uporabo magnetnoresonančnih (MR) tehnik. Nedavno je bilo dokazano, da CTI omogoča rekonstrukcijo tenzorja električne prevodnosti z uporabo MR skenerja in brez injiciranja električnega toka ter brez uporabe dodatne strojne opreme. Ta nova tehnika bi se lahko uporabila za merjenje porazdelitve električne prevodnosti tkiv za številne numerične modele, ki se uporabljajo pri načrtovanju zdravljenja aplikacij elektroporacije in tudi v drugih medicinskih aplikacijah, ki uporabljajo elektromagnetna polja. Izboljšani načrti zdravljenja, z izmerjeno električno prevodnostjo tkiv zdravljenega pacienta, bodo omogočili boljše predvidevanje rezultatov zdravljenja, ki bo zato varnejše in učinkovitejše. Kljub temu je treba tehniko CTI, pred implementacijo v načrtovanje zdravljenja, dodatno ovrednotiti. Zato bomo v okviru predlaganega raziskovalnega projekta v štirih delovnih sklopih (DS) tehniko CTI temeljito raziskali in skrbno preučili posamezne komponente tehnike s pomočjo različnih poskusov slikanja na fantomih, ex vivo in in vivo bioloških tkivih z uporabo različnih MR skenerjev.

V DS 1 se bomo osredotočili na merjenje porazdelitve električne prevodnosti pri Larmorjevi frekvenci z uporabo tomografije električnih lastnosti (EPT) na dveh MR skenerjih, kar nam bo omogočilo slikanje porazdelitve prevodnosti pri dveh različnih frekvencah (100 in 400 MHz). Nato bomo v DS 2 izvedli difuzijsko obteženo slikanje različnih fantomov in bioloških tkiv. Nazadnje, bomo v DS 3 implementirali CTI tehniko z uporabo slikovnih zaporedij razvitih v prejšnjih dveh delovnih sklopih in z razvojem numeričnega algoritma, potrebnega za rekonstrukcijo porazdelitve električne prevodnosti. Slikali bomo porazdelitev prevodnosti v fantomih s celično strukturo, v skeletnih mišicah miši in nazadnje v tumorju miši, da bi ovrednotili zmožnost CTI tehnike prikazovanja heterogene električne prevodnosti tumorjev v različnih časovnih obdobjih. V drugem delu DS 3 bomo ovrednotili algoritem CTI tudi na slikah, pridobljenih s kliničnim MR skenerjem. Ker je tehnika CTI še nepoznana, bomo v DS 4 posebno pozornost posvetili diseminaciji.

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J1-1697

Naslov projekta: Študij sil znotraj celic s pomočjo deformacij fotonskih kapljic 

Trajanje: 1.7.2019 – 30.06.2022
Logotip financerja:

Vodja projekta: doc. dr. Matjaž Humar

Vodja projekta znotraj F5: doc. dr. Matjaž Humar

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• dr. Maja Garvas
• dr. Maruša Mur

Mladi raziskovalci:

• Gregor Pirnat

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• Matevž Marinčič
• dr. Igor Muševič
• dr. Miha Ravnik

Mladi raziskovalci:

• Anja Pusovnik

Šifra projekta: J1-9147

Naslov projekta: Napredni mehki nematokalorični materiali

Obdobje: 1.7.2018–30.06.2022Logotip financerja:
 

Vodja projekta: Dr. Brigita Rožič

Vodja projekta znotraj F5: Dr. Brigita Rožič

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Zdravko Kutnjak
• Dr. Andraž Rešetič
• Dr. Brigita Rožič
• Dr. Boštjan Zalar
• Dr. Marta Lavrič 

Mlada raziskovalca:

• Nikita Derets
• Dejvid Črešnar

Sodelujoča raziskovalna organizacija:

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalec:

• Dr. Gregor Skačej

Vsebinski opis projekta:

V projektu predlagamo razvoj naprednih mehkih materialov z velikim mehanokaloričnim odzivom na osnovi tekočekristalnih elastomerov (TKE) in razvoj prvega prototipa mehanokalorične hladilne naprave. Tako predlagamo raziskave na področju mehanokaloričnih tekočekristalnih elastomernih materialov in novih mehanokaloričnih hladilnih elementov za razvoj okolju prijaznih hladilnih tehnologij z visoko energijsko učinkovitostjo. Sintetizirali bomo tekočekristalne elastomere z izboljšanim elastokaloričnim in barokaloričnim odzivom. Omenjeni materiali bodo uporabljeni kot hladilni elementi v prototipu hladilne naprave, ki je cilj predlaganega projekta.

Faze projekta:

1. faza

V tej fazi bomo z neposrednimi meritvami in modeliranjem raziskovali, kateri fizikalni in strukturni parametri (kot so: arhitektura elastomerske mreže (glavno/stranskoverižna arhitektura, stopnja pri sintezi vtisnjene mehanske anizotropije, koncentracija zamreževalcev), lastnosti samih tekočekristalnih enot (dolžina molekul, temperatura nematsko-izotropnega prehoda) in stopnja nabreklosti vzorca) pomembno vplivajo na jakost elastokaloričnega in barokaloričnega pojava v različnih skupinah TKE materialov. V okviru te faze bodo izbrani najboljši TKE materiali za kasnejšo uporabo v izgradnji prototipa elastokalorične hladilne naprave.

2. faza

V tej fazi bodo sintetizirani in karakterizirani najboljši mehanokalorični materiali izbrani v prvi fazi projekta. Ti materiali bodo uporabljeni pozneje v tretji fazi za sestavo prototipa elastokalorične hladilne naprave. Poleg tega bo v tej fazi potekalo načrtovanje tehnične izvedbe prototipa elastokalorične hladilne naprave podprte z modeliranjem.

3. fazaV tej končni fazi bo sama tehnična izvedba prototipa elastokalorične hladilne naprave na osnovi TKE skupaj s karakterizacijo in optimizacijo njenega delovanja. Ta faza zajema tudi diseminacijo končnih rezultatov.

Šifra projekta: J3-9288

Naslov projekta: Optimizacija tehnik magnetno resonančnega slikanja za napoved uspeha trombolize

Obdobje:  1. 7. 2018–30. 6. 2022Logotip financerja:

Vodja projekta: prof. Igor Serša

Vodja projekta znotraj F5: prof. Igor Serša

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Tilen Koklič
• Dr. Mojca Urška Mikac
• Dr. Janez Štrancar
• Dr. Jernej Vidmar

Tehnični sodelavec:

• Ana Sepe

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerzitetni klinični center Ljubljana
Raziskovalci:

• Dr. Aleš Blinc
• Igor Kocijančič
• Mag. Zoran Miloševič
• Dr. Peter Popović

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta

Raziskovalci:

• Dr. Andrej Fabjan
• Dr. Dušan Šuput
• Dr. Andrej Vovk
• Dr. Fajko Bajrović

Šifra projekta: J2-9253

Naslov projekta: Multikalorično hlajenje

Obdobje: 1.7.2018–30.06.2021   

Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Hana Uršič Nemevšek

Vodja projekta znotraj F5: dr. Zdravko Kutnjak

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Zdravko Kutnjak
• Dr. Barbara Malič
• Dr. Tadej Rojac
• Dr. Brigita Rožič

Mladi raziskovalci:

• Andraž Bradeško
• Uroš Prah

Tehnični sodelavci:

• Silvo Drnovšek

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo

Raziskovalci:

• Dr. Andrej Kitanovski
• Dr. Uroš Plaznik
• Dr. Jaka Tušek

Šifra projekta: J2-9227

Naslov projekta: Elektroporacijske terapije z novimi visokofrekvenčnimi elektroporacijskimi pulzi

Obdobje: 1.7.2018–30.06.2021

Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Matej Reberšek

Vodja projekta znotraj F5: dr. Igor Serša

Organizacija prijaviteljica: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Raziskovalci:

• Dr. Janja Dermol-Černe
• Dr. Bor Kos
• Dr. Matej Kranjc
• Dr. Damijan Miklavčič

Mladi raziskovalci:

• Eva Pirc

Tehnični sodelavci:

• Duša Hodžić

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Mojca Urška Mikac
• Dr. Igor Serša
• Dr. Jernej Vidmar

Tehnični sodelavci:

• Ana Sepe

Šifra projekta: J1-9145

Naslov projekta: Zaznavanje spinskih stanj v bližini površine kvantnih spinskih materialov

Obdobje: 1. 7. 2018–30. 6. 2021Logotip financerja:

Vodja projekta: prof. Denis Arčon

Vodja projekta znotraj F5: prof. Denis Arčon

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Alan Gregorovič
• Dr. Martin Klanjšek
• Dr. Matej Pregelj
• Dr. Andrej Zorko

Tehnični sodelavci:

• Petra Šuštar

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• Dr. Igor Muševič 

Šifra projekta: J2-8191

Naslov projekta: Visokoločljiva optična magnetometrija s hladnimi cezijevimi atomi

Obdobje: 1.5.2017–30.04.2020

Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Peter Jeglič

Vodja projekta znotraj F5: dr. Peter Jeglič

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Tomaž Apih
• Dr. Alan Gregorovič
• Dr. Erik Zupanič
• Dr. Rok Žitko

Mladi raziskovalci:

• Tadej Mežnaršič

Tehnični sodelavci:

• Ivan Kvasić

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Raziskovalci:

• Dr. Samo Beguš
• Dr. Vincencij Žužek

Tehnični sodelavci:

• Slaven Ranogajec

Šifra projekta: J2-8194

Naslov projekta: Senzorske tehnologije pri kontroli posegov v objekte kulturne dediščine

Obdobje: 1.5.2017–30.04.2020 

Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Zvonko Jagličić

Vodja projekta znotraj F5: dr. Janez Dolinšek

Organizacija prijaviteljica: Inštitut za matematiko, fiziko in mehaniko

Raziskovalci:

• Dr. Vojko Jazbinšek

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Janez Dolinšek
• Dr. Stanislav Vrtnik

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Mednarodna podiplomska šola Jožefa Stefana

Raziskovalci:

• Dr. Andreja Abina
• Dr. Uroš Puc
• Dr. Aleksander Zidanšek

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Raziskovalci:

• Dr. Samo Beguš
• Dr. Vincencij Žužek

Tehnični sodelavci:

• Slaven Ranogajec

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo

Raziskovalci:

• Dr. Violeta Bokan-Bosiljkov
• Dr. Patricia Cotič
• Dr. Marjeta Kramar Fijavž
• Dr. Andreja Padovnik
• Dr. Petra Štukovnik
• Dr. Vlatko Bosiljkov

Tehnični sodelavci:

• Franci Čepon

Šifra projekta: J7-8272

Naslov projekta: Integrirani večkanalni umetni nos za zaznavanje sledov molekul v parni fazi                           Integrated multi-channel artificial nose for vapor trace detection
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Muševič Igor,  domača stran

Vodja projekta znotraj F5: Dr. Muševič Igor

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• dr. Zupanič Erik
• dr. Škarabot Miha
• dr. Gradišek Anton

Tehnični sodelavci:

•  Kvasić Ivan

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Raziskovalci:

• dr. Strle Drago
• dr. Maček Marijan
• dr. Trontelj ml. Janez
• dr. Sešek Aleksander
• Nahtigal Uroš

Tehnični sodelavci:

• Hladnik Prosenc Carmen
• Brlan Mitja
• Bertocchi Daniele

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Raziskovalci:

• dr. Štefane Bogdan
• Brodnik Helena

Vsebinski opis projekta

Projekt odpira povsem novo vrsto znanstvenih raziskav in razvoja, saj aplicira nove metode umetne inteligence na novo razvito 64 kanalno senzorsko matriko za zaznavanje sledi par nevarnih molekul v atmosferi. Na področju razvoja novih metod in platform za umetni nos je v zadnjem času veliko aktivnosti zaradi očitnega razloga preprečevanja terorističnih groženj. V zadnjih desetih letih je bilo razvitih mnogo različnih senzorjev in konceptov za zaznavanje zelo nizkih atmosferskih koncentracij par eksplozivov, kot so TNT, PETN in RDX, z namenom varovanja urbanega okolja pred terorističnimi grožnjami. Trenutna občutljivost najnaprednejših senzorskih sistemov zadošča za zaznavanje zelo majhne koncentracije ciljnih molekul, reda ene molekule na 101 2 do 1014  molekul atmosfere. Z uspešno realizacijo številnih raziskovalnih projektov (Strle et al., IEEE Sens. J., 2012) smo pokazali, da mikrokapacitivne senzorske matrike, ki temeljijo na COMS mikrokondenzatorjih in elektroniki za nizkošumno zaznavo, zmožni zaznati tako nizko stopnjo nevarnih par. Občutljivost, ki smo jo dosegli, je na samem robu obstoječe senzorske tehnologije, njene pomanjkljivosti pa so v čisti kemijski selektivnosti senzorske matrike sestavljene iz do sedaj največ 16 kemijsko različno funkcionaliziranih mikrokondenzatorjev. Cilj predlaganega projekta je izboljšati metode procesiranja signalov in prepoznavanja vzorcev z razvojem novega 64 kanalnega senzorskega sistema. S tem bomo storili majhen in pomemben korak proti realizaciji elektronskega nosu z visoko gostoto senzorjev, za katere pričakujemo, da bodo v bližnji prihodnosti vsebovali tisoče vohalnih celic in tako oponašali delovanje pasjega nosu. S predlaganimi raziskavami želimo kot prvi vpeljati koncept uporabe metod umetne inteligence za izboljšanje kemijske selektivnosti matrike s 64 senzorji. Ta projekt bo prvič izvajala interdisciplinarna raziskovalna skupina fizikov, organskih kemikov, inženirjev mikroelektronike, matematikov in strokovnjakov s področja umetne inteligence.

Šifra projekta: N1-0052

Naslov projekta: Korelirani elektroni v omejenih molekularnih sistemih

Obdobje: 1.6.2016–31.05.2019

Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Denis Arčon

Vodja projekta znotraj F5: dr. Denis Arčon

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Martin Klanjšek
• Dr. Matej Pregelj
• Dr. Andrej Zorko

Mladi raziskovalci:

• Tilen Knaflič

Šifra projekta: J2-7526-2

Naslov projekta: Multifunkcijski materiali za aktuatorske in hladilne naprave

Obdobje: 1. 1. 2016–31. 12. 2018

Logo financerja:

Vodja projekta: dr. Tadej Rojac

Vodja projekta znotraj F5: dr. Zdravko Kutnjak

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Andreja Benčan Golob
• Dr. Vid Bobnar
• Dr. Zdravko Kutnjak
• Dr. Barbara Malič
• Dr. Mojca Otoničar
• Dr. Maja Trček
• Dr. Hana Uršič Nemevšek
• Dr. Marko Vrabelj

Mladi raziskovalci:

• Lovro Fulanović
• Maja Makarovič

Tehnični sodelavci:

• Silvo Drnovšek
• Brigita Kmet

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Kemijski inštitut

Raziskovalci:

• Dr. Marjan Bele
• Dr. Elena Chernyshova
• Dr. Goran Dražić
• Dr. Manca Logar

Vsebinski opis projekta:Z vidika porabe električne energije, ogrevanja in hlajenja postaja družba vse bolj zahtevna in potrošniška. Shranjevanje, pretvorba, dobava in poraba energije so zato prioritete na globalni ravni. V bližnji prihodnosti pričakujemo stroge ukrepe tako v Evropi kot širše v svetu, kar ustvarja vse večji pritisk na temeljne in aplikativne raziskave funkcijskih materialov.
Večfunkcijski materiali, pogosto imenovani kot »multiferoiki«, so že utrdili svoje mesto v elektroniki in mikroelektroniki. Tovrstni materiali so tudi piezoelektrični, sposobni so torej pretvoriti električno energijo v mehansko in obratno. Piezoelektričnost izkoriščamo v številnih aplikacijah, kot so senzorji, aktuatorji in ultrazvočni pretvorniki; omenjene aplikacije se pojavljajo tako v energetiki, kot v avtomobilski in letalski industriji ter medicini.
V zadnjih 50 letih smo na trgu piezoelektričnih materialov priča prevladi enega materiala, to je Pb(Zr,Ti)O3 (PZT). Obstaja sicer še ena skupina materialov, to so t.i. relaksorski feroelektriki, ki so z vidika piezoelektričnega odziva še bolj učinkoviti kot PZT. Predstavnik omenjene skupine materialov je trdna raztopina (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3 (100(1-x)PMN-100xPT). Sestava ob morfotropni fazni meji (ang. MPB), 65PMN-35PT, izkazuje izjemne piezoelektrične lastnosti, na primer, piezoelektrični koeficient v keramiki doseže tudi 700 pC/N (J. Kelly et al., J. Am. Ceram. Soc. 80, 957–964, 1997). Po drugi strani je PMN (brez PT) tipični relaksor z visokim elektrostrikcijskim odzivom (G. Trefalt et al., J. Am. Ceram. Soc. 94, 2846–2856, 2011).               Poleg omenjenih elektromehanskih (EM) lastnosti, se na področju relaksorskih feroelektrikov vse bolj pojavljajo študije, ki obravnavajo njihove elektro-termične lastnosti, kot je elektrokalorični (EK) pojav. Pri EK pojavu gre za reverzibilno spremembo temperature materiala pri adiabatnih pogojih, ki jo induciramo tako, da material izpostavimo visokemu električnemu polju. Dokazali so, da kompleksni perovskitni materiali izkazujejo visoke EK spremembe temperature; na primer, PMN-PT je izkazal spremembo ~3 K pri polju 90 kV/cm (B. Rožič et al., J. Appl. Phys. 110, 064118, 2011). Gre za eno najvišjih izmerjenih vrednosti za volumensko keramiko.     
Izbrane sestave PMN-PT izkazujejo tako izjemne piezoelektrične in/ali elektrostrikcijske lastnosti kot tudi visok elektrokalorični odziv. Možnosti uporabe teh dveh lastnosti hkrati pa do sedaj še niso preučili. Cilj projekta je pripraviti aktuatorske elemente na osnovi PMN-PT, ki bodo sočasno izkoriščali tako EM kot EK pojav. 
V prvem delu projekta bomo najprej pripravili keramiko PMN-PT različnih sestav in velikosti zrn. To nam bo omogočilo, da preučimo vrsto keramičnih vzorcev od relaksorskih do feroelektričnih sestav. Poudarek bo na razumevanju soodvisnosti med lastnostmi na lokalnem (nanometrskem in atomskem) in makroskopskem nivoju. Študije bodo omogočile: (i) razumevanje osnovnih pojavov, kot so električna prevodnost in dinamika domenskih sten in točkovnih defektov, na lokalnem nivoju ter njihov vpliv na makroskopske EM in EK odzive, (ii) izbor PMN-PT sestav z najboljšim funkcijskim odzivom, ki jih bomo uporabili v drugi fazi projekta.         
Cilj drugega dela projekta je preveriti koncept večfunkcijskega delovanja EM in EK elementov in ustvariti raziskovalno ozadje za aktuatorske/hladilne sisteme in naprave. Iz izbranih sestav PMN-PT bomo pripravili enostavne strukture (recimo ročice; ang. cantilevers), ki bodo izkoriščale tako EM kot EK lastnosti projektnih sestav. Načrtovanje in optimizacijo teh elementov bomo podprli z numerično analizo (metoda končnih elementov).
Če povzamemo, je naš namen, da bomo na osnovi mikroskopskih in makroskopskih meritev materialov razumeli sklopitev EM in EK lastnosti ter nadalje uporabili to znanje za pripravo in optimizacijo večfunkcijskih elementov.

Šifra projekta: J1-7300

Naslov projekta: Metamateriali na osnovi tekočekristalnih koloidov

Obdobje: 1. 1. 2016–31. 12. 2018

Logo financerja:

Vodja projekta: dr. Miha Ravnik

Vodja projekta znotraj F5: dr. Miha Ravnik

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Anna Ryzhkova
• Dr. Miha Škarabot
• Dr. Slobodan Žumer
• Dr. Nikkhou Maryam
• Dr. Matjaž Humar
• Dr. Igor Muševič

Tehnični sodelavci:

• Ivan Kvasić
• Janja Milivojević

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• Mag. Shun Wang
• Jure Alpinc

Vsebinski oprs projekta:Fotonika in nadzor nad tokom svetlobe je danes zelo hitro razvijajoče se področje z ambicioznimi znanstvenimi in tehnološkimi cilji, kot so optično računalništvo, hiter prenos podatkov, energijska učinkovitost ter procesi za merjenje in proizvodnjo, ki pokrivajo vsebine od področjih medicinske znanosti do vesoljske tehnologije. In razvoj novih neobičajnih optičnih materialov je v samem vrhu prizadevanj na teh področjih, saj novi materiali omogočajo nove ter boljše mehanizme in možnosti uporabe svetlobnih polj. V tem projektu s področja fotonike mehke snovi predlagamo razvoj novih optičnih materialov – nematskih tekočih metamaterialov – in študij njihovih fotonskih pojavov z uporabo eksperimentalnih in teoretično-modelskih pristopov. Cilj je ustvariti izbrane primere metamaterialov in raziskati njihove glavne fotonske funkcije. Osnova teh novih tridimenzionalnih mehkih metamaterialov bodo prevodni koloidni delci in delci s prevodno površino, ki jih bomo oblikovali v tridimenzionalne oblike kot so prizme, ploščice ali votli delci, in bodo kot resonatorji z ločenim krogom zagotavljali anizotropen metamaterialen odziv. Takšni delci bodo razpršeni v nematsko tekočino, ki bo delovala kot tekoča matrika za samo-sestavljanje delcev, z edinstvenimi lastnosti kot so prostorska in časovna nastavljivost, topološke vezi in dobra odzivnost na zunanja polja. Praktično vsi sodobni prikazovalniki temeljijo na enostavnem zunanjem vplivu na dvolomnost nematskih tekočin, ki izvira iz orientacijskega reda anizotropnih molekul, dolgoročna vizija tega projekta pa je pretvoriti te ideje v dvolomne metamateriale s pozitivnimi in negativnimi (lastnimi) lomnimi količniki, in sicer na osnovi samo-sestavljenih super-struktur koloidnih delcev v nematski tekočini. S primerno zasnovo koloidnega metamateriala, vključno z (i) obliko, velikostjo in simetrijo delcev, (ii) elastičnostjo nematika in (iii) fukcionalizacijo površin, želimo izdelati nastavljive metamateriale z negativno dielektričnostjo in permeabilnostjo pri frekvencah od THz in optičnih do infrardeče svetlobe. Z znanstvenega vidika bodo zlasti pomembna vprašanja o: (i) povezavi med simetrijo struktur in metamaterialnim odzivom, (ii) pomenu 3D optične anizotropije metamaterialov z možnostjo dvojnega negativnega loma, (iii) hierarhičnem oblikovanju metamaterialov z več velikostnimi skalami – vse vroča in zanimiva vprašanja na špici raziskav fotonike mehkih snovi. Razviti metamateriali bodo tekoči, prožni in polimerizabilni – odvisno od zahtev – kar je velik napredek od današnjih tipično trdnih metamaterialov. Projekt bomo izvedli v skupini za mehko snov v Ljubljani, ki je znana po skupnem teoretičnem in eksperimentalnem delu na visokem znanstvenem nivoju – objave, povezane s tem projektom vključujejo Nature Phys. 2015, Nature Mater. 2014, Science 2011 in Nature Photon. 2009. Raziskovalno delo v okviru tega projekta je močno povezano z mednarodnimi raziskovalnimi krogi in vključuje sodelovanje z univerzami Colorado, Oxford, Ghent, Mahindra Ecole Centrale in laboratorijem USA AFRL. Socialno-ekonomski vpliv projekta vključuje popularizacijo znanosti, doprinos k odličnosti Slovenije v svetovnem merilu in prispevek novega znanja o fotoniki v slovensko industrijo. Splošneje je projekt usmerjen v sam vrh fotonske znanosti, k ustvarjanju novih znanstvenih in tehnoloških pristopov za manipulacijo toka svetlobe na mikroskopskem in makroskopskem nivoju.

Šifra projekta: J1-7032

Naslov projekta: Visokoentropijske kovinske spojine

Obdobje: 1.1.2016–31.12.2018 

Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Janez Dolinšek

Vodja projekta znotraj F5: Dr. Vrtnik Stanislav

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Vid Bobnar
• Dr. Anton Gradišek
• Dr. Andreja Jelen
• Dr. Primož Koželj
• Dr. Mitja Krnel
• Dr. Andraž Rešetič
• Dr. Stanislav Vrtnik

Mladi raziskovalci:

• Janez Lužnik

Tehnični sodelavci:

• Jože Luzar

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko
Tehnični sodelavci:

• Dr. Andraž Kocjan

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Inštitut za matematiko, fiziko in mehaniko

Raziskovalci:

• Dr. Zvonko Jagličić
• Dr. Marko Jagodič
• Dr. Vojko Jazbinšek

Vsebinski opis projekta

 V zadnjih letih so bile razvite konceptualno nove kovinske zlitine, sestavljene iz več večinskih kemijskih elementov v enakih ali približno enakih molarnih razmerjih. Te zlitine so bile poimenovane visokoentropijske kovinske spojine (ang. High-Entropy Alloys – HEA). Velika mešalna entropija, ki je posledica slučajnega mešanja kemijskih elementov na kristalni mreži, stabilizira kemijsko neurejeno trdno raztopino s preprosto kristalno strukturo, kot sta npr. telesno centrirana kubična (bcc) in ploskovno centrirana kubična (fcc) mreža. V primerjavi z urejenimi kristalnimi intermetalnimi spojinami, ki imajo velikokrat ogromno osnovno celico, imajo HEA zlitine majhno osnovno celico. Za strukturo HEA zlitin je značilna topološko urejena kristalna mreža z izjemno velikim kemijskim neredom zaradi naključne razporeditve atomov različnih kemijskih elementov na mrežnih mestih, zato lahko HEA zlitino smatramo kot “kovinsko steklo na urejeni kristalni mreži”. Veliko entropijo mešanja dosežemo v zlitinah sestavljenih iz petih ali več kemijskih elementov v primerljivih koncentracijah, to je med 5 in 35 atomskih odstotkov za vsak element, hkrati pa nobeden izmed elementov ne sme preseči koncentracije 50 %. Primeri HEA zlitin so sistemi Al-Si-Co-Cr-Cu-Fe-Mn-Ni-Ti, W-Nb-Mo-Ta-V in Ta-Nb-Hf-Zr-Ti. HEA zlitine je možno sestaviti iz velike množice različnih kemijskih elementov, katerih koncentracije lahko precej poljubno spreminjamo v širokem intervalu. Zato je število različnih možnih HEA zlitin praktično neomejeno. Kljub temu so doslej raziskali le okrog deset HEA zlitin, zato je področje še skoraj povsem neraziskano. Leta 2014 je raziskovalni skupini prof. J. Dolinška (vodji predlaganega projekta) uspel mednarodni preboj na tem področju – odkritje prve superprevodne HEA zlitine Ta-Nb-Hf-Zr-Ti (P. Koželj et al., Phys. Rev. Lett. 113, 107001 (2014)).

Cilji predlaganega projekta so: (1) sinteza, določitev strukture in meritve električnih, magnetnih ter termičnih fizikalnih lastnosti novih HEA zlitin s telesno centrirano kubično strukturo v sistemih Ta-Nb-Hf-Zr-Ti, Zr-Ti-V-Cr-Fe-Ni in Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni; (2) razviti in raziskati želimo prvo HEA zlitino s heksagonalno strukturo, sestavljeno iz lantanidov (redkih zemelj) Ce-Ho-Dy-Y-Lu-Gd-Tb. Ker ima večina lantanidov velike atomske magnetne momente, pričakujemo nekonvencionalne magnetne lastnosti, v cerijevih zlitinah pa tudi električno prevodnost značilno za težke fermione in pojave povezane s spinskimi fluktuacijami; (3) nameravamo tudi teoretično modelirati lastnosti trdnih snovi z geometrijsko urejeno kristalno strukturo in istočasno velikim kemijskim (substitucijskim) neredom.

Ker v literaturi skoraj ne najdemo poročil o fizikalnih lastnostih HEA zlitin, s predlaganim projektom odpiramo novo področje raziskav – fiziko trdne snovi, ki jo določa izredno velik kemijski nered na sicer topološko dobro urejeni mreži. Pričakovan rezultat naših raziskav je razvoj HEA zlitin z novimi – izboljšanimi fizikalnimi lastnostmi za uporabo v elektroniki, magnetizmu in pri magnetokaloričnih aplikacijah.

V predlagani projekt bodo vključeni raziskovalci in tehnično osebje treh uglednih slovenskih raziskovalno–pedagoških inštitucij: (1) Oddelek za fiziko Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, (2) Odsek za fiziko trdne snovi Instituta Jožef Stefan in (3) Institut za matematiko, fiziko in mehaniko, v sodelovanju z “Jülich Research Center” iz Nemčije, ETH Zürich iz Švice in Univerzo Chalmers na Švedskem.

Šifra projekta: J3-6803

Naslov projekta: Vloga kalcija in lipidnih membranah pri preživetju kritično bolnih

Obdobje: 1. 8. 2013–28. 2. 2018

Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Tilen Koklič

Vodja projekta znotraj F5: dr. Tilen Koklič

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Zoran Arsov
• Dr. Maja Garvas
• Dr. Mojca Urška Mikac
• Dr. Janez Štrancar
• Dr. Iztok Urbančič
• Dr. Igor Serša

Tehnični sodelavci:

• Alma Mehle

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta

Raziskovalci:

• Dr. Andrej Fabjan
• Dr. Jernej Vidmar
• Dr. Vito Starc

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerzitetni klinični center Ljubljana

Raziskovalci:

• Dr. Aleš Blinc
• Dr. Mirza Šabovič
• Dr. Gregor Tratar

Vsebinski opis projekta:

Predstavitev problema

Pri kritično prizadetem bolniku gre za življensko ogrožujoče stanje, ki posledično vodi v multiorgansko okvaro z visoko stopnjo umrljivosti. Pri kritično prizadetih bolnikih pogosto pride do motenj strjevanja krvi (koagulacije), ki segajo od izolirane trombocitopenije do kompleksnih procesov, kot je diseminirana intravaskularna koagulacija (DIK). Domneva se, da je DIK posledica pomanjkljive fiziološke regulacije strjevanja krvi, vendar pravi vzroki še niso znani.

Znanstvena izhodišča
Motnje strjevanja krvi pri kritično bolnih pogosto spremljata:1)  nizka koncentracija kalcija (Ca2+)  v krvi (hipokalciemija) kot tudi2)  povečane koncentracije različnih vrst lipidnih membran, ki vsebujejo fosfatidilserin (PS- membrane), kot so na primer endotelijski mikrodelci.Obstoječa literatura nakazuje, da verjetno obstaja povezava med Ca2+ in prisotnostjo PS-membran ter regulacijo strjevanja krvi, vendar biokemijsko ta povezava še ni bila dokazana (Slika 1, rumen trikotnik). Cilj raziskave in potencialni vplivi rezultatov projekta
Cilj predlaganega projekta je torej razjasniti morebitno povezavo med nizko koncentracijo Ca2+, povišano koncentracijo PS-membran ter začetno fazo strjevanja krvi. Rezultati predlaganega projekta bodo ponudili vpogled v številna slabo razumljena klinična stanja. S tem želimo prispevati k razvoju novih terapevtskih metod, ki bodo izboljšale možnost preživetja kritično bolnih. Iskanje manjkajoče, morebitne povezave bo temeljilo na naših dosedanjih raziskavah aktivnosti faktorja Xa (fXa) (Koklič & Majumder, 2009 & 2013, Biochemistry), ki je eden izmed ključnih encimov v začetni fazi strjevanja krvi. fXa potrebuje kalcij in PS-membrane, da doseže fiziološko relevantno aktivnost. Vendar smo šele pred kratkim pokazali, da lahko PS-membrane tudi zavrejo aktivnost fXa, vendar le pri visoki koncentraciji Ca2+ ter nizki koncentraciji PS-membran. To je ravno v nasprotju z razmerami pri kritično bolnih, kar nakazuje, da morda aktivnost fXa pri kritično bolnih ni zadosti inhibirana. Inhibicija je posledica formacije neaktivnih dimerov fXa na PS-membranah pri koncentracijah Ca2+ , ki so večje od normalnih. Ta opažanja vodijo do ključnega vprašanja: kako Ca2+ in PS-membrane prispevajo k regulaciji aktivnosti fXa, še posebej pri fizioloških pogojih.
 Hipoteza
V okviru predlaganega projekta bomo preučevali tvorbo neaktivnih dimerov fXa na PS-membranah pri različnih koncentracijah kalcija (Slika 2 v naslednji sekciji Znanstvena izhodišča), da bi odgovorili na vprašanje, če bi regulacija fXa v odvisnosti od kalcija in PS-membran lahko imela vlogo pri preprečevanju nekontrolirane sistemske aktivacije strjevanja krvi, kar se morda dogaja pri kritično bolnih. Metode, organizacija projekta in izvirnost pričakovanih rezultatov
Izvirnost predlaganega projekta temelji na natančni kontroli koncentracije Ca2+ in PS-membran, kar so raziskovalci v prejšnjih študijah pogosto spregledali. V predlaganem projektu bomo preučevali do sedaj slabo poznane procese vezave fXa, dimerizacije in posledične inhibicije fXa na PS-membranah. Ker  so ti procesi del kompleksnega sistema, je za njegovo karakterizacijo potrebna numerična analiza seta neodvisnih eksperimentalnih podatkov, ki jih bomo izmerili z uporabo različnih eksperimentalnih tehnik, kot so EPR, NMR in različne optične metode. Verjetnost za uspešno izvedbo projekta je velika, saj vodja predlaganega projekta že več let sodeluje z vrhunskimi raziskovalci s področja hematologije z Medicinske fakultete Univerze v Severni Karolini, kot tudi s prejemnikom Nobelove nagrade za fiziologijo ali medicino v letu 2007. Omenjeni raziskovalci bodo aktivno sodelovali v predlaganem projektu vključno z raziskovalci z Medicinske Fakultete, Univerze v Ljubljani in z Univerzitetnega kliničnega centra Ljubljana.

Šifra projekta: J2-6779-1

Naslov projekta: Novi elektrokalorični materiali za novo ekološko prijazno dielektrično tehnologijo hlajenja

Obdobje: 1. 7. 2014–28. 2. 2018

Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Zdravko Kutnjak

Vodja projekta znotraj F5: dr. Zdravko Kutnjak

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Andreja Benčan Golob
• Dr. Vid Bobnar
• Dr. Goran Casar
• Dr. Georgios Kordogiannis
• Dr. Barbara Malič
• Dr. Tadej Rojac
• Dr. Brigita Rožič
• Dr. Maja Trček
• Dr. Katarina Vojisavljević
• Dr. Boštjan Zalar
• Dr. Blaž Zupančič

Mladi raziskovalci:

• Marta Lavrič

Tehnični sodelavci:

• Silvo Drnovšek

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo

Raziskovalci:

• Dr. Blaž Jelenc
• Dr. Andrej Kitanovski
• Dr. Uroš Plaznik
• Dr. Primož Poredoš

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Mariboru, Fakulteta za naravoslovje in matematiko

Raziskovalci:

• Dr. Milan Ambrožič
• Dr. Samo Kralj

Vsebinski opis projekta:Ta projekt je predlog za nadaljnjo podporo raziskav elektrokalorikov s strani ARRS, ki so zelo pomembne za razvoj novih tehnologij hlajenja na osnovi elektrokaloričnih hladilnih elementov. Elektrokalorični pojav (ECE) je v zadnjih petih letih pritegnil veliko pozornost znanstvenikov zaradi možnosti zamenjave večine sedanjih hladilnih tehnik z elektrokaloričnim  oziroma dielektričnim hlajenjem. Naše dosedanje neposredne raziskave objavljene v uglednih mednarodnih revijah s področja aplikativne fizike so pokazale, da velik elektrokalorični pojav dejansko obstaja v dveh vrstah snovi: perovskitnih relaksorskih feroelektrikih in feroelektričnih polimerih. Pri tem smo v sodelovanju s skupino prof. Q.M. Zhanga s Pennsylvania State University kot prvi na svetu pokazali, da je mogoče doseči elektrokalorično spremembo temperature, ki presega 20K v tankih filmih P(VDF-TrFE) polimerov in 40 K v tankih filmih perovksitnih relaksorskih PLZT keramik. Tako velik elektrokalorični odziv je že uporaben za vrsto komercialnih aplikacij povezanih z novim načinom dielektricnega hlajenja. Predlagani projekt bo dal odgovore na še nekaj odprtih vprašanj v treh stopnjah raziskav, ki bodo omogočili praktično uporabo elektrokaloričnih materialov. Ta vprašanja so: (i) najti najbolj učinkovit elektrokalorični materijal in (ii)  ga optimizirati, tako, da bo zdržal ustrezno število ciklov električnega polja, (iii) najti ustrezne toplotne preklopnike in/ali regeneratorje za ustrezen prenos toplote med hladnim in toplim delom naprave, ter (iv) sestaviti prototip elektrokaloričnega hladilnega elementa delujočega na kaskadnem principu in praktično testirati njegove toplotne transportne lastnosti, jih optimizirati, ter jih primerjati z že obstoječimi tipi, ki delujejo na osnovi regenrativnega principa. Prednost kaskadnega tipa pred regenerativnim je, da omogoča nadaljno stopnjo miniaturizacije hladilnikov. Rezultati projekta bodo izkazani v obliki prototipa dielektrične hladilne naprave, znanstvenih in strokovnih člankov, doktorskih delih, domačih in tujih patentov ter predavanjih na mednarodnih znanstvenih konferencah. Projektna skupina je sposobna izvesti zgoraj navedene raziskave in razvoj prototipa dielektričnega hladilnika saj ima poleg ekspertize na tem področju že mednarodno patentno prijavo delovanja takšne hladilne naprave. Ta projekt odpira ne samo novo raziskovalno področje ampak njegovi rezultati lahko privedejo do novih tehnologij in tudi industrijskih vej. Rezultati imajo lahko velik pomen, ne samo za določene veje slovenske industrije, ampak za svetovno industrijo povezano z razvojem nove generacije hladilnikov. Pri tem velja posebej poudariti možnosti razvoja novih mikrohladilnikov na bazi dielektričnega hlajenja, ki lahko omogočijo vrsto novih aplikacij točkovnega hlajenja v elektroniki.

Šifra projekta: J1-6724-2

Naslov projekta: Termoforetsko vodenje, zbiranje in razvrščanje biomolekul v mikrofluidičnih napravah

Obdobje: 1. 7. 2014–30. 6. 2017

Logo financerja:

Vodja projekta: dr.  Natan Osterman

Vodja projekta znotraj F5: dr. Andrej Vilfan

Organizacija prijaviteljica: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• Dr. Dušan Babič
• Dr. Martin Čopič
• Dr. Igor Poberaj

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• Dr. Igor Križaj
• Dr. Miha Škarabot
• Dr. Andrej Vilfan
• Dr. Mojca Vilfan

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta

Raziskovalci:

Dr. Jure Derganc

Vsebinski opis projekta:

V okviru predlaganega projekta bomo raziskovali uporabo temperaturnih gradientov za manipulacijo mikrodelcev in biomolekul v mikrofluidiki. V temperaturnem gradientu na molekule deluje termoforezna sila, ki tipično povzroči njihovo migracijo iz toplega na hladno območje. Ob dodatnem tekočinskem toku primerne oblike lahko pride do močnega kopičenja molekul na enem mestu, kar imenujemo termična past. Primeren tekočinski tok lahko ustvarimo s termoviskoznim črpanjem tekočine.

Glavni cilj projekta je razvoj termične molekulske pasti, integrirane na mikrofluidnem čipu. Namesto zapletenega optičnega ustvarjanja tekočinskih tokov in temperaturnih gradientov kot pri obstoječih izvedbah pasti bomo uporabili linearni niz ohmskih mikrogrelcev na površini čipa. Taka past bo zato robustna, preprosta za uporabo, poceni in primerna za mobilne sisteme „laboratorij-na-čipu“. Integrirano past bo mogoče uporabiti za razvrščanje in filtriranje delcev, kopičenje molekul za izboljšano občutljivost detekcije in ojačitev difuzijsko-omejenih kemijskih reakcij.
Poenostavljena izvedba mikrofluidnega čipa z enim integriranim mikrogrelcem bo primerna tudi za meritve biomolekulskih vezavnih afinitet z metodo termoforeze na mikroskali. Paralelizacija procesa v večih mikrokanalih bo omogočila meritev kompletne vezavne krivulje liganda in receptorja v enem koraku.

Šifra projekta: J1-6723

Naslov projekta: Topologija in fotonske lastnosti tekočekristalnih koloidov in disperzij                           Topology and Photonics of Liquid Crystal Colloids and Dispersions
Logotip financerja:

Vodja projekta: dr. Muševič Igor,  domača stran  

Vodja projekta znotraj F5: dr. Muševič Igor

Organizacija prijaviteljica: Institut ‘Jožef Stefan’

Raziskovalci:

• dr. Matjaž Humar
• dr. Škarabot Miha
• dr. Gradišek Anton
• dr. Mirri Giorgio
• dr. Nikkhou Maryam    
• dr. Posnjak Gregor 
• dr. Pregelj Matej
• dr. Rožič Brigita   
• dr. Seč David 
• dr. Tkalec Uroš

Tehnični sodelavci:

• Kvasić Ivan

Mladi raziskovalci:

• Mur Maruša

Sodelujoča raziskovalna organizacija: Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• dr. Čančula Miha
• dr. Ravnik Miha

Mladi raziskovalci:

• Aplinc Jure

Vsebinski opis projekta
Predlog raziskovalnega projekta je s področja fotonike, ki je v 21. stoletju med najhitreje razvijajočimi se vejami znanosti in tehnologije in obsega raziskave od kvantnega računalništva in teleportacije do razvoja svetlobnih vezij za vse-optično procesiranje informacij in trajnostnega izkoriščanja sončeve energije. Predlagani projekt sodi v področje eksperimentalne topologije in fizike mehke snovi in po svojih dolgoročnih ciljih posega na področje integriranih fotonskih vezij prihodnosti, v katerih se informacije prenašajo s fotoni, tok informacij pa prav tako uravnavamo s fotoni. Projekt je torej svojevrsten izziv prevladujočeim “mainstream” pristopom k razvoju fotonskih sistemov, ki temeljijo na trdni snovi, oziroma silicijevi tehnologiji iz 20. stoletja, saj predlaga nov pristop, ki temelji na mehki snovi in s tem uvaja prednosti, ki jih ni mogoče realizirati na trdni snovi. Ideja projekta je zasnovana na dveh temeljih, ki smo jih razvili v zadnjih petih letih. Prvi temelj so fotonske lastnosti majhnih kapljic ali samo-sestavljivih vlaken iz tekočega kristala-disperzij, iz katerih je mogoče izdelati prilagodljive optične mikro-resonatorje, barvilne mikro-laserje in izjemno učinkovite vodnike svetlobe, kar skupaj predstavlja nov in nekonvencionalen pristop na področju integrirane fotonike (Humar et al., Nature Photonics 3, 595(2009). Drugi temelj je kompleksna topologija, ki smo jo odkrili v tekočekristalnih koloidih in se najbolj izkazuje v pojavu vozlov in spletov v  kiralnih tekočih kristalih (Tkalec et al., Science 333, 62 (2022)). Topologija nematskih defektov se je izkazala kot izjemno učinkovit vezavni mehanizem, s katerim je mogoče koloidne vključke v tekočem kristalu med seboj trdno povezati v 3D strukture. V okviru projektu želimo združiti znanje s področja fotonike in topologije nematskih koloidov in disperzij z namenom razumeti fiziko svetlobnih vezij na osnovi topološke mehke snovi. Raziskovali bomo topološke lastnosti kompleksnih objektov v tekočem kristalu in uporabili Kibble-Zurekov kozmološki mehanizem generiranja topoloških nabojev na teh objektih. Preučili bomo vpliv topološkega rodu objektov in omejujočega prostora na pojavnost topoloških defektov, še posebej vozlov in spletov. Vse to nam bo omogočilo prestaviti meje našega znanja o topologiji tekoče kristalnih disperzij in postaviti temelje za izdelavo prostorsko in funkcionalno kompleksnih 3D svetlobnih vezij. Po drugi strani želimo raziskati povezavo med topologijo snovi in topologijo svetlobnega polja, ki se po takšni snovi širi. Zanima nas, kakšni so lastni valovi, ki se širijo vzdolž topoloških defektnih linij različnih moči ali v votlinskem resonatorju s topologijo Moebiusove votline. Zelo velik poudarek bo na raziskavah dinamike svetlobe v omejeni topološki mehki snovi. Raziskovali bomo dinamiko fluorescence in nelinearne optične efekte v tekočekristalnih kapljicah, ki tvorijo optične mikroresonatorje. Raziskovali bomo časovno uravnavanje fluorescence s stimuliranim optičnim izčrpavanjem fluorescenčnih vzbujenih stanj barvilnih molekul v tekočem kristalu (STED efekt). Končni cilj na tem področju raziskav je praktična realizacija uravnavanja svetlobe s svetlobo v fluorescenčno označenih tekočekristalnih resonatorjih v gigaherčnem področju, s čimer bi dinamiko uravnavanja svetlobe v tekočih kristalih pospešili za šest (6) velikostnih razredov. Uspešna realizacija predvidenih topoloških raziskav in raziskav dinamike uravnavanja svetlobe v topološki mehki snovi bi lahko imela pomembne in dolgoročne vplive na razvoj svetlobnih informacijskih sistemov prihodnosti.

Šifra projekta: J3-6795

Naslov projekta: Teksturna analiza dinamike lezij dojk z ultra-hitrim zajemom MR slik

Trajanje: 1.7.2014 – 30.6.2017
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Janez Žgajnar

Vodja projekta na F5: Dr. Igor Serša

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’

ONKOLOŠKI INŠTITUT LJUBLJANA

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta

Raziskovalci:

• Dr. Bajd Franci
• Dr. Banič Blaž
• Dr. Bizjak Nina
• Mag. Hertl Kristijana
• Dr. Marolt Mušič Maja
• Dr. Mikac Mojca Urška
• Dr. Milenković Jana
• Dr. Perhavec Andraž
• Dr. Serša Igor
• Dr. Vidmar Jernej
• Dr. Vovk Andrej
• Dr. Žgajnar Janez

Mladi raziskovalci:

• Hana Kokot
• Aleksandar Sebastijanović

Strokovni ali tehnični sodelavci:

• Boštjan Kokot
• Ana Krišelj

Vsebinski opis projekta:Zgodnja diagnostika raka dojk je pomembna za uspešno zdravljenje raka dojk (RD). Preživetje bolnic, ki imajo bolezen odkrito v zgodnji fazi, ko se le ta še ni razširila na regionalne bezgavke, je v Sloveniji več kot 90%. Preživetje bolnic z višjimi stadiji bolezni je krajše, dražje je tudi zdravljenje. Zato je pravočasno in natančno odkrivanje raka v zgodnji fazi ključnega pomena za prognozo bolezni.
Glavni cilj predlaganih raziskovalnih dejavnosti je razvoj interoperabilnega, neodvisnega CAD sistema za podporo radiologu pri postavljanju diagnoze, s pomočjo ultrahitrega MRI protokola, NMR spektroskopije – MRS, dinamičnega kontrastnega magnetno resonančnega slikanja (DCE-MRI) in slikanja navidezne difuzijske konstante z magnetno resonanco -ADC mapiranja, pri karakterizaciji lezij dojk. MRS in MRI metodi omogočata hitro zajemanje spektrov posameznih regij dojke ter zajemanje in analizo dinamike kopičenja kontrastnega sredstva v leziji in pa nameravamo potrditi pravilnost pristopa k klasifikaciji lezij dojk na osnovi značilk DCE-MRI in MRS metod.
S to raziskavo nameravamo poleg analize metod DCE-MRI, ADC mapiranja in 1H-MRS dojk, obravnavati še aktualne metode in tehnična vprašanja ter možnosti povečanja senzitivnosti in specifičnosti predložene metode integracije MRI, MRS, DCE-MRI, ADC mapiranja in visokoločljivostne histološke analize, pregledati vse značilke (features), ki omogočajo zanesljivo diagnozo lezije dojke ter s tem razviti metodo za zgodnje neinvazivno odkrivanje, diagnosticiranje ter spremljanje zdravljenja raka dojk.

Bibliografske reference:

/

Vodja: prof. dr. Igor Serša

Programska skupina: Eksperimentalna biofizika kompleksnih sistemov

Šifra: J3-6795

Trajanje: 1. 7.2014–30. 6. 2017

Šifra projekta: J1-6746

Naslov projekta: Nanozdravila za zdravljenje parodontalne bolezni s ciljanim vnosom v obzobne žepeTrajanje: 1. 7. 2014–30. 6. 2017

Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Maja Remškar

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’Inštitut za metagenomiko in mikrobne tehnologije d.o.o.

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo

Univerzitetni klinični center Ljubljana

Raziskovalci:

• Dr. Ahlin Grabnar Pegi
• Dr. Baumgartner Saša
• Dr. Bolko Seljak Katarina
• Dr. Gašperlin Mirjana
• Dr. Gosenca Matjaž Mirjam
• Dr. Kocbek Petra
• Dr. Lapanje Aleš
• Dr. Petelin Milan
• Dr. Planinšek Odon
• Dr. Potrč Tanja
• Dr. Remškar Maja
• Dr. Rijavec Tomaž

Mladi raziskovalci:

• Dr. Varlec Ana
• Dr. Zupančič Špela

Tehniki:

• Keržan Mojca

Vsebinski opis projekta:

Kronični parodontitis je najpogostejša oblika parodontalne bolezni, ki v blagi do zmerni obliki prizadene večino ljudi, starejših od 50 let. V povezavi z demografskimi spremembami v Evropi se število bolnikov s parodontalno boleznijo povečuje. Danes razpoložljivi terapevtski pristopi in zdravila so le prehodno učinkoviti, zato so aktualne celovite raziskave zobnega biofilma v povezavi s patogenezo bolezni, ki bodo omogočile razvoj inovativnih zdravil za trajno ozdravitev.
V okviru projekta bodo raziskave usmerjene na v metagenomske analize bakterijskih združb in v razvoj novega pristopa zdravljenja. Le-ta bo temeljil na optimizaciji protimikrobnega zdravljenja in na razvoju farmacevtskih oblik s probiotiki za usmerjeno rekolonizacijo parodontalnih žepov. Raziskava izhaja iz aktualne doktrine zdravljenja ter skuša njene pomanjkljivosti reševati z izrazito interdisciplinarnim pristopom z namenom razvoja in potrditve koncepta za dolgoročno učinkovito zdravljenje parodontalne bolezni. Namen projekta je doprinesti k razumevanju povezave med zakonitostmi sestave in sukcesije nastajanja biofilma ter razvojem bolezni. Novo pridobljeno znanje bomo uporabili v fazi razvoja nanozdravil in probiotikov za ciljano dvostopenjsko terapijo. Razvoj predlaganega koncepta bo temeljil na naslednjih delovnih sklopih (DS):
DS1. Metagenomska analiza zobnega biofilma
Razvili bomo protokol odvzema bioloških vzorcev in metodo njihove predpriprave za nadaljnje metagenomske analize. S pomočjo slednjih bomo analizirali vzorce bolnikov s kroničnim parodontitisom in skupine prostovoljcev z zdravimi obzobnimi tkivi. Na podlagi dobljenih rezultatov bomo ugotavljali zakonitosti sestave in časovne sukcesije nastajanja biofilma ter z analizo rezultatov poiskali morebitne korelacije, ki bi lahko razložile povezavo med biofilmom per se in nastopom bolezni.
DS2. Razvoj nanozdravila za ciljano dostavo protimikrobnih učinkovin v obzobne žepe
V okviru projekta bomo uporabili sodobne nanotehnološke pristope s ciljem razviti učinkovito nanozdravilo, kar pomeni podaljšan čas zadrževanja na tarčnem mestu in zagotavljanje ustrezne koncentracije protimikrobne učinkovine. Proučevali bomo polimerne nanodelce in nanovlakna. Izbrali bomo biokompatibilen polimer z ustreznimi tehnološkimi lastnostmi. Pri izbiri učinkovine bomo sledili aktualni doktrini zdravljenja.  
DS3. Razvoj dostavnega sistema s probiotikom
Drugi del koncepta dvostopenjskega zdravljenja temelji na vnosu probiotika, ki bo rekoloniziral zobne površine in vzpodbujal nastanek zdravega zobnega biofilma. Poskusili bomo izolirati in kultivirati probiotični sev bakterij avtohtone zobne združbe ali izbrali sev komercialno dostopnega probiotika. Za vnos probiotika bomo razvili ustrezen bioadhezivni oralni dostavni sistem.
DS4. Priprava modelnega zobnega biofilma in vitro
Razvili bomo gojitveno metodo za izbrane seve bakterij za pripravo in vitro modela bakterijskega biofilma, ki ga bomo uporabili za preliminarno vrednotenje izdelanega nanozdravila in probiotika. Model biofilma bo platforma za nadaljnje testiranje predlagane dvostopenjske terapije kroničnega parodontitisa.

Relevantnost projekta
Vizija raziskave ni le pridobitev novih bazičnih znanj, ampak predstavlja nov originalen pristop k zdravljenju parodontalne bolezni, ki obsega razvoj nanozdravil in formulacij probiotikov za inovativno dvostopenjsko zdravljenje. Projekt bo izvedla interdisciplinarna skupina strokovnjakov s področja dentalne medicine, farmacije in mikrobiologije, kar zagotavlja visoko znanstveno relevantnost, ustvarja široko bazo znanja in različnih pogledov na proučevano tematiko ter omogoča dostop do potrebne infrastrukture. Vključuje izkušnje in spoznanja iz klinične prakse, temeljnih mikrobioloških in farmacevtskih raziskav ter sledi potrebam bolnika in celotne družbe po izboljšanju danes razpoložljivih pristopov zdravljenja.

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J7-5497

Naslov projekta: Selektivni in hiperobčutljivi mikrokapacitivni senzorski sistem za ciljno detekcijo molekul v atmosferiTrajanje: 1. 8. 2013–31. 7. 2016

Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Igor Muševič

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Raziskovalci:

• Dr. Helena Brodnik Žugelj
• Dr. Matjaž Humar
• Dr. Marijan Maček
• Dr. Igor Muševič
• Dr. Maryam Nikkhou
• Dr. Franc Požgan
• Dr. Drago Strle
• Dr. Miha Škarabot
• Dr. Bogdan Štefane
• Dr. Mario Trifković
• Dr. Janez Trontelj
• Dr. Erik Zupanič

Tehniki:

• Marko Đorić
• Ivan Kvasić
• Rozana Škrbec

Vsebinski opis projekta:

V zadnjem desetletju smo bili priča hitremu razvoju novih metod in principov zaznavanja nizkih koncentracij izbranih molekul v zraku. Cilji raziskovanja so bili v glavnem usmerjeni  v detekcijo molekul eksplozivov kot so TNT, PETN in RDX v zraku, da bi zaščitili urbano okolje pred terorističnimi grožnjami. V zadnjih desetih letih so bili razviti različni senzorski sistemi,  ki uporabljajo različne metode detekcije; na žalost je velika slabost skoraj vseh takšnih sistemov nizka občutljivostjo, slaba kemijska ločljivost in nezanesljivost. Detekcijske naprave so velike in drage, čas, ki je potreben za zanesljivo detekcijo, pa je izjemno dolg. Razlog je v zelo majhnih koncentracijah ciljanih molekul v atmosferi, ki se sproščajo iz eksplozivnih priprav; njihovo število je v območju  1 ciljane molekule na 10+12 ali 10+14 molekul atmosfere. V veliki večini primerov poteka detekcija ciljanih molekul preko njihove adsorbcije iz atmosfere na površino senzorjev, ki so posebej prevlečeni z molekulami receptorjev. Število adsorbiranih molekul na površino senzorja je dinamičen proces adsorbcije in desorbcije in je odvisno od parnega tlaka snovi, temperature in interakcijskega potenciala. Pogosto so ciljane molekule na površini prikrite z drugimi molekulami, kot je na primer vodna para. Ciljane molekule so običajno zelo majhne, površinska pokritost je lahko majhna, električni signali iz senzorjev so zato običajno majhni. V nedavno objavljenem članku (Strle et al. IEEE Sens. J. 2012) smo pokazali, da je mogoče z veliko zanesljivostjo zaznati prisotnost 1 molekule TNT na 10+12 molekul nosilnega plina N2 z uporabo diferencialnega para kemijsko funkcionaliziranih COMB mikro-kondenzatorjev in nizkošumnega elektronskega detekcijskega vezja. Po našem vedenju sodijo tako visoko občutljivi COMB senzorji med najbolj občutljive detektorje nizkih koncentracij ciljanih molekul v atmosferi, ki so bili kdajkoli predstavljeni. Metoda uporablja nizkošumno CMOS tehnologijo z občutljivostjo meritve kapacitete v področju 1 atofarada. Metoda je izjemno robustna, po svoji naravi je neobčutljiva na temperaturo in akustični šum in ima izjemni razvojni potencial zaradi CMOS kompatibilnosti. Cilj predlaganega projekta je izboljšati občutljivost tega detektorskega sistema za faktor 100, oziroma zaznati prisotnost 1 molekule TNT na 10+14 molekul nosilnega plina. To pomeni, da moramo biti sposobni zaznati spremembe kapacitete senzorja v področju 10 zeptofaradov (10*10-21 F). Poleg doseganja stokrat višje občutljivosti bomo v predlaganem projektu iskali rešitev problema nizke kemijske selektivnosti senzorjev z uporabo integriranega polja do 16 kemijsko različno funkcionaliziranih kapacitivnih mikrosenzorjev, ki tako posnemajo pasji vohalni organ, ki je znan kot eden najbolj občutljivih in najbolj selektivnih detekcijskih sistemov v naravi. Kemijsko različne molekule se bodo različno adsorbirale na različno funkcionaliziranih površinah, kar bo vtisnilo kemijski in posledično električni signalni odtis na polju mikrosenzorjev. V predlaganem projektu bomo merili, testirali in prepoznavali kemijsko-inducirane signalne prstne odtise z uporabo algoritmov za prepoznavanje. Ob primernem proračunu projekta bomo raziskovali še neraziskano dinamiko površinske adsorbcije in desorbcije molekul z analizo šumnega spektra senzorskega polja z uporabo statistično podprtih algoritmov. Predlagani projekt bo izvajala multidisciplinarna skupina fizikov, kemikov in mikroelektronikov, ki bo sledila dobro zastavljenemu projektnemu načrtu. Ta skupina je že do sedaj izjemno uspešno dokončala skupni projekt umetnega nosu na osnovni stopnji in demonstrirala uspešno realiziran umetni nos, ki sodi po svoji občutljivosti med najbolj občutljive na svetu. Naše mnenje je, da je mogoče z uspešno realizacijo predlaganega projekta znatno povečati občutljivost, zanesljivost in kemijsko selektivnost umetnega nosu in sicer do stopnje, na kateri bodo rešena vsa osnovna vprašanja detekcije par nevarnih snovi.

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J1-5437

Naslov projekta: Optimizacijske strategije v bioloških in umetnih mikrofluidičnih sistemihTrajanje: 1. 8. 2013–31. 7. 2016
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Andrej Vilfan

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• Dr. Dušan Babič
• Dr. Maryam Nikkhou
• Dr. Igor Poberaj
• Dr. Andreja Šarlah
• Tinkara Troha
• Dr. Andrej Vilfan
• Dr. Mojca Vilfan

Vsebinski opis projekta:V okviru tega projekta bomo rešili vrsto optimizacijskih problemov v hidrodinamiki pri nizkem Reynoldsovem številu. Namen je dvojen: najprej razumeti plavanje mikroorganizmov in delovanje drugih migetalk, kajti v mnogih primerih so zelo blizu teoretičnemu optimumu.  Tako bomo poiskali optimalne zamahe bioloških migetalk ob različnih omejitvah, pa tudi optimalno obliko mikro-plavalca s površinskim pogonom. Pri tem bomo uporabili invariantno formulacijo, tako da bodo rezultati kar se da splošno veljavni. Optimizacijski pristop bomo uporabili tudi za razumevanje zloma simetrije med levo in desno stranjo v razvojni biologiji. Za uporabo v mikrofluidiki pa bomo izdelali učinkovitejše umetne migetalke in rotacijske črpalke.

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J7-4050

Naslov projekta: Oligomeri amiloidogenih proteinov od a do ž; biofizikalne lastnosti, struktura, funkcija in medsebojne interakcije

Trajanje: 1.7.2011 – 30.6.2014
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Eva Žerovnik

Vodja projekta na F5: Dr. Miha Škarabot

Organizacija prijaviteljica:

Center odličnosti za integrirane pristope v kemiji in biologiji proteinov, Ljubljana

Institut ‘Jožef Stefan’

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta

Raziskovalci:

• Dr. Gregor Anderluh
• Dr. Nataša Kopitar Jerala
• Dr. Lea Pogačnik
• Dr. Nataša Poklar Ulrih
• Dr. Veronika Stoka
• Dr. Miha Škarabot
• Dr. Dušan Turk
• Dr. Andrej Vilfan
• Dr. Eva Žerovnik

Mladi raziskovalci:

• Dr. Katja Pirc
• Dr. Mira Polajnar
• Dr. Ajda Taler – Verčič

Strokovni ali tehnični sodelavci:

• Louisa Johanna Kroon Žitko

Vsebinski opis projekta:

Oligomeri proteinov, ki so nagnjeni k tvorbi fibril, so povezovalna tema tega projekta, ki sega preko raznih disciplin, od strukture višjih (od tetramere) oligomer, njihove vloge v kinetiki in termodinamiki procesa tvorjenja amiloidnih fibril, novih fiziko-kemijskih lastnosti oligomer, interakcij oligomer z membranami in med seboj (interakcija proteina s peptidom) in celični fenomeni ki so posledica proteinske oligomerizacije in agregacije, kot na primer avtofagija in oksidativni stress. Če navedem več podrobnosti: poskušali bomo določiti 3D strukturo ene višje oligomere stefina B (višje od tetramere) z metodo kristalografije in podprto s heteronukearnim NMR. Nadalje bomo z uporabo spektroskopskih metod in kalorimetrije – DSC – določili stabilnost oligomer, dimer, tetramer in višjih v primerjavi z monomero. Z merjenjem časovnega poteka reakcij in s pripravo ustreznih mutant bomo določili vlogo posameznih prolinov v pri kinetiki fibrilacije in oligomerizacije. Pogledali bomo tudi, kako se spremeni konformacija oligomer ob membranah in kako vplivajo na permeabilnost membrane. S površinsko plasmonsko resonance – SPR – bomo merili interakcijo protein: protein med oligomeri stefina B (ali b- mikroglobulina) in drugimi amiloidnimi peptide kot sta a-sinuklein (ali amilin). Študirali bomo pretežno  oligomere stefina B –  kot dober model (obstajajo protokoli, kako jih pripraviti), a ne samo te. Kot primerjavo bomo študirali druge proteine: a-sinuklein, kot predstavnika naravno odvitih proteinov, ki gradi Levijeva telesca pri Parkinsonovi bolezni, ataksin, ki je prestavnik proteinov s poliglutaminskimi ponovitvami in verjetno še enega dodatnega predstavnika globularnih proteinov poleg stefina B –  b2-mikroglobulin, ki se nalaga v sklepih in kosteh pacientov na dolgotrajni hemodializi. Študijem mehanizmov in strukture bomo dodali študije na celičnih kulturah, z namenom, da razjasnimo celične procese, ki spremljajo proteinsko agregacijo.  Cistatini, vključno s stefinom B so udeleženi pri pomembnih fizioloških procesih in aleli njihovih genov lahko povečajo tveganje za Alzheimerjevo bolezen (AD). Na primer, pokazali so, da alel B cistatina C vodi do oviranega izločanja tega sekretornega proteina in poveča tveganje za AD. Nedavno so objavili študijo, da ima cistatin C neko vlogo pri avtofagiji, katera je glavni način, kako se proteinski agregati čistijo iz celice. Za stefin B, katerega mutacije povzročajo progresivno mioklonsko epilepsijo tipa 1 (EPM1), so poročali, da zmajša oksidativni  stres in celično smrt (apoptozo), oziroma da se tadva procesa povečata, če stefin B ni prisoten v celicah. Pred kratkim so tudi poročali, da stefin B zmanjša avtofagijo, da torej ta proces boljše poteka v celicah KO miši, kar je izboljša siceršnjo patologijo pri enem modelu miši za AD. Poleg vsega naštetega je stefin B udeležen pri izvorni imunosti, na še nepojasnjen način. Mnogi od teh efektov so neodvisni od katepsinov in predstavljajo druge, alternativne funkcije cistatinov kot je inhibicija proteaz. Študij celičnih efektov oligomer in njihova interakcija z membranami tako stefin a B in EPM1 mutant kot tudi   ?-sinukleina in njegovih mutant, ki povzročajo familiarno PD, ima neposredni pomen za medicino in sicer molekularno in translacijsko medicino (Polajnar & Žerovnik, članek v tisku v Trends in Molecular Medicine). Ta interdisciplinarni projekt povezuje discipline, ki segajo od strukturnih, molekularnih in celičnih lastnosti prefibrilarnih oligomer do morebitne funkcije in patofiziologije. Naš project z naslovom: “Oligomeri amiloidogenih proteinov od a do ž; biofizikalne lastnosti, struktura, funkcija in medsebojne interakcije” spada v peti prioritetni sklop ARS in EU programa: zdravje in znanost o življenju in meddisciplinarne raziskave na področju naravoslovno-tehniških in biotehniških, farmacevtskih in medicinskih ved.

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J1-4307

Naslov projekta: Kolektivna in molekularna dinamika fotoobčutljivih tekočekristalnih elastomerov

Trajanje: 1.7.2011 – 30.6.2014
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Martin Čopič

Vodja projekta na F5: Dr. Boštjan Zalar

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• Dr. Dušan Babič
• Dr. Martin Čopič
• Dr. Irena Drevenšek Olenik
• Dr. Matija Milanič
• Dr. Natan Osterman
• Dr. Andrej Petelin
• Dr. Igor Poberaj
• Dr. Mojca Vilfan
• Dr. Boštjan Zalar
• Dr. Blaž Zupančič

Strokovni ali tehnični sodelavci:

• Petra Šutar

Vsebinski opis projekta:

Tekočekristalni elastomeri (LCE) so pametni materiali z izrednimi mehanskimi in optičnimi lastnostmi, ki jih je mogoče v širokem obsegu krmiliti z zunanjimi vplivi in prirediti specifičnim potrebam z načinom priprave in dodajanjme ustreznih primesi. LCE se zaradi sklopitve med elastičnostjo polimera in nematičnim redom pri spremembi nematičnega reda močno deformirajo. To se lahko zgodi zaradi spremembe tamperature ali drugega zunanjega vpliva. Med drugim ga je mogoče spremeniti s tem, da v LCE dodamo primesi, ki spremenijo konformacijo pod vplivom (navadno UV) svetlobe. Poleg izrednih mehanskih lastnosti imajo LCE tudi enake optične lastnosti kot običajni tekoči kristali.
Za razumevanje obnašanja fotoobčutljivih LCE in za njihovo uporabo kot svetlobno krmiljeni mehanski aktuatorji je bistveno poznavanje kinetike absorpcije in prehodov med vzbujenimi elektronskimi stanji in posledično med trans in cis konformacijo na molekularnem nivoju. Meritve v raztopinah azobenzena in njegovih derivatov v nizkomolekularnih topilih kažejo, da se ti procesi  dogajajo na časovni skali pikosekund. Doslej objav o tovrstnih meritvah  procesov v derivatih azobenzena, vgrajenih v polimerne verige LCE, ni bilo. V našem laboratoriju razpolagamo z opremo za generiranje laserskih svetlobnih sunkov trajanja pod 100 fs v vidnem, bližnjem UV in IR področju, kar nam omogoča meritve optičnih procesov in molekularne dinamike na časovni skali pikosekund.
V predlaganem projektu nameravamo izvesti naslednje raziskave:
1.    Z opazovanjem dinamičnega sipanja svetlobe s fotonsko korelacijsko spektroskopijo bomo merili fluktuacije nematičnega reda v fotoobčutljivih LCE s primesmi derivatov azobenzena. Meritve bomo izvajali v odvisnosti od raztega, obsevanja z UV svetlobo in temperature. Tako bomo lahko določili odvisnost stopnje nematične urejenosti, sklopitve med nematičnim redom in elastomerno mrežo in elastične in viskozne parametre v odvisnosti od obsevanja, to je, od koncentracije cis izomerov.
2.    Določili bomo spektralne lastnosti v UV, vidnem in infrardečem področju za posamezne sestavine fotoobčutljivih LCE, to je za tekoče-kristalno komponento, za derivate azobenzena in podobne molekule, ki spremenijo konformacijo pri obsevanju s svetlobo in jih je mogoče vgraditi v LCE, ter za polimerno mrežo, ki določa mehanske lastnosti LCE
3.     Z uporabo svetlobnih sunkov z dolžino okoli 100 ps bomo vzbujali trans izomere derivatov azobenzena v fotoobčutljvih LCE. Z merjenjem časovne odvisnosti fluorescence po vzbujanju bomo določili kinetiko elektronskih prehodov, preko katerih prehaja molekula v cis konformacijo. Merili bomo tudi časovno odvisnost IR spektrov in s tem lahko določili trenutno orientacijo nekaterih molekularnih vezi. Tudi te meritve bomo izvedli v odvnisnosti od temperature in s tem nematične urejenosti. Tako bomo skušali ugotoviti, kako delno urejena polimerna okolica vpliva na molekularno kinetiko derivatov azobenzena in kakšna je sklopitev med trans in cis izomeri ter mrežo LCE.
4.    Raziskali bomo možnosti holografskega zapisa vzorcev v fotoobčutljive LCE z namenom doseganja specifičnih sprememb oblike  in optičnih lastnosti. Z analizo uklona testnega laserskega snopa na takem vzorcu bomo določili porazdelitev cis izomerov, njeno odvisnost od moči in časa obsevanja. Merili bomo tudi odvisnost od polarizacije zapisovalne in testne svetlobe, s čemer bomo lahko določili tudi spreminjanje kotne porazdelitve trans in cis izomerov v odvisnosti od časa obsevanja. Raziskali bomo možnosti za elemente, ki jim lahko spreminjamo obliko pod vplivom holografskih svetlobnih vzorcev za uporabo v mikro-mehanskih in mikro-reoloških napravah.

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J1-4297

Naslov projekta: Teorija nematske nanokapljice in urejanje DNA, enkapsidirane v preprostih virusih

Trajanje: 1.7.2011 – 30.6.2014
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Rudolf Podgornik

Vodja projekta na F5: Dr. Andrej Vilfan

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• Dr. Rudolf Podgornik
• Dr. Dalija Povše Jesenek
• Dr. Gregor Skačej
• Dr. Daniel Svenšek
• Dr. Andreja Šarlah
• Dr. Andrej Vilfan

Mladi raziskovalci:

• Dr. Anže Rapoš Božič

Vsebinski opis projekta:

V okviru predlaganega projekta bomo raziskovali pakiranje nematskega polimera v togi ograditvi. Motivira nas predvsem pakiranje moelkule DNK v kapsidah virusov. Pakiranje DNK v preprostih virusih fizike čedalje bolj zanima, saj se zdi, da veliko proscesov, povezanih z vrivanjem DNK v bakteriofage, poteka po biološko nespecifičnih, fizikalnih mehanizmih. Kapsido virusa, ki je ponavadi bolj ali manj dekoriran ikozaeder, dobro predstavimo s togo kroglico. V naših študijah DNK opišemo kot nematski polimer, torej kontinuumsko, pri čemer upoštevamo orientacijsko elastičnost, efekte faznega urejanja in sklopitev med deformacijo orientacije in variacijami gostote, značilno za polimerni nematik. Naš pristop se tako bistveno razlikuje od komplementarnih, molekularne dinamike in teorije gostotnega funkcionala. Razvili bomo 3D orodje (solver) za reševanje parcialnih diferencialnih enačb hidrodinamike kompleksnih fluidov, ki ga bomo uporabili za študij dinamike pakiranja DNK in za ostale danes zelo »vroče« sisteme, kot so aktivni nematiki ter mikro in nanofluidika.

Bibliografske reference:

/

Šifra projekta: J1-4070

Naslov projekta: Novi kovinski materiali za termično shranjevanje digitalnih informacij

Trajanje: 1.7.2011 – 30.6.2014
Logotip financerja:

Vodja projekta: Dr. Janez Dolinšek

Vodja projekta na F5: Dr. Janez Dolinšek

Organizacija prijaviteljica:

Institut ‘Jožef Stefan’

Inštitut za matematiko, fiziko in mehaniko

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Raziskovalci:

• Dr. Matej Bobnar
• Dr. Janez Dolinšek
• Dr. Anton Gradišek
• Dr. Zvonko Jagličić
• Dr. Marko Jagodič
• Dr. Peter Jeglič
• Dr. Andreja Jelen
• Dr. Martin Klanjšek
• Dr. Andraž Kocjan
• Dr. Stanislav Vrtnik

Mladi raziskovalci:

• Dr. Simon Jazbec

Tehniki:

• Blaž Jesenko
• Jože Luzar

Vsebinski opis projekta:

Prijaviteljem projekta je v letu 2009 uspel prvovrsten znanstveno-tehnološki preboj na področju shranjevanja digitalnih podatkov, saj so razvili termično spominsko celico za digitalne aplikacije, ki deluje na spremembo temperature brez prisotnosti električnega ali magnetnega polja. Dosežek je opisan v publikaciji “A Thermal Memory Cell” (J. Dolinšek et al., J. Appl. Phys. 106, 043917 (2009)). Fizikalne osnove termičnega shranjevanja digitalnih podatkov je ista skupina objavila v letu 2008 (J. Dolinšek et al., Phys. Rev. B 77, 064430 (2008)). Koncept termične spominske celice smo tudi patentirali v Evropskem patentu ” Verfahren zur Speicherung digitaler Information nebst Speicherelement : Europäische Patentanmeldung : EP 2 207 177 A2 : Anmeldenummer 09179123.6. Düsseldorf: Europäisches Patentamt: = European Patent Office: = Office européen des brevets, 14. 12. 2009. 12 str. [COBISS.SI-ID 15669593] . Termični spomin s termičnim zapisom informacije predstavlja konceptualno novo vrsto digitalnega spomina, po električnem spominu (dinamični pomnilnik z naključnim dostopom – DRAM), magnetnem spominu (trdi disk) in elektromagnetnem spominu (zgoščenke ali CDji), na katere zapisujemo digitalno informacijo z električnim, magnetnim ali elektromagnetnim (laserskim) poljem. Odkritje termične spominske celice obeta razvoj novega področja digitalne informacijske tehnologije – termičnega računalništva – kjer se matematične operacije izvajajo le s spreminjanjem temperature. Osnova termične spominske celice so posebni materiali, kjer so magnetni ali električni dipolni momenti elektronov in ionov medsebojno v frustrirani konfiguraciji, ki ne minimizira notranje energije. Prototipni termični spominski celici sta bili doslej izdelana iz dveh magnetno frustriranih materialov, medkovinske Taylorjeve faze Al3Mn in Al3(Mn,Fe) ter kovinskega spinskega stekla Cu-Mn. V njiju so bili samo s temperaturno manipulacijo uspešno zapisani poljubni ASCII znaki, ki predstavljajo tekst v računalnikih. V teh spojinah je bil termični zapis možen pri nizkih temperaturah pod 35 K, kar je ovira za uporabo v tehnologiji. Vendar pa se kaže realna možnost za razvoj termične spominske celice iz drugih magnetno frustriranih materialov, kot so magnetni kvazikristali, kompleksne kovinske spojine, geometrijsko frustrirani antiferomagneti, superparamagnetni nanodelci, spinska stekla in električno frustriranih sistemov (orientacijska stekla in neurejeni feroelektriki), kjer bo termični zapis možen vse do sobne temperature ali nad njo. S tem bo omogočena uporaba termičnega spomina v tehnologiji pri normalnih pogojih. Cilj predlaganega projekta je razvoj materiala iz omenjenih družin trdnih snovi, kjer bo termični zapis možen do sobne temperature ali višje in kjer bo možno vskladiščiti čim večjo množino podatkov, npr. v obliki vsaj šestnajst-bitnih bajtov digitalne informacije. Optimalen material bo moral zadostiti zahtevam (1) hitrega termičnega zapisa do sobne temperature, (2) trajnosti termičnega zapisa pred prečitanjem, (3) majhnega volumna materiala potrebnega za izdelavo termične spominske celice in (4) cenovne dostopnosti materiala za široko uporabo. Termični spomin je možno uporabljati tudi za varen prenos podatkov (digitalna informacija se ireverzibilno zbriše po čitanju) in za študij kozmološke termične zgodovine medzvezdnega prahu in meteoritov.

Bibliografske reference:

/