Chemijos inžinerija

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Nanotechnologijos taikymas aplinkos užterštumo mažinimo procesams yra nuolatinio mokslinio tyrinėjimo objektas. Užteršto oro ir vandens valymo problemų sprendimui nanomedžiagos yra tinkamos dėl savo didelio paviršiaus ploto, mažo dalelių dydžio, didelio poringumo ir kt. savybių.. Šios tematikos tikslas – adityvinės gamybos būdu sukurti ir ištirti nano ir mikro pluoštinių medžiagų ir ištirti jų taikymo galimybes aerozolio filtravimui, siekiant technologijos padidinimo iki prototipo ar gamybinio lygmens. Tyrimams bus naudojama šiuolaikinė tyrimų įranga, prieinama atviros prieigos centrų infrastruktūrose.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Tobulėjant sistemoms ir sintetinei biologijai, biosintezės keliai, atsakingi už cheminių junginių gamybą, gali būti integruoti su esamomis mikrobų funkcijomis, suteikiant galimybę sukurti pilnus biosintezės kelius mikroorganizmuose. Tačiau norint subalansuoti anglies srautą, ląstelių energiją ir kofaktorių išteklius, reikia atlikti papildomą padermės keitimą ir atranką, dažnai pasikliaujant tiksline baltymų inžinerijos evoliucija arba atsitiktine mutageneze pagrįsta padermės evoliucija. Metaboliškai universalios bakterijos, tokios kaip C. necator, turi patrauklią savybę paversti pramonines atliekas pridėtinės vertės junginiais (Pohlmann ir kt., 2006). Karboksirūgštys yra viena iš didžiausios pridėtinės vertės platformos cheminių medžiagų (Erickson ir kt., 2012), kurios gali būti naudojamos kaip atsinaujinantis statybinis blokas gaminant įvairius junginius. Karboksirūgšties, pvz., 3-hidropropiono rūgšties, gamybai iš glicerolio reikia ALDH, kad 3-hidroksipropanalis virstų galutiniu produktu. Kelio efektyvumas apsiriboja šio fermento aktyvumu. Norint pagerinti fermentų kinetikos parametrus ir baltymų charakteristikas, reikalinga ALDH inžinerija. Todėl pirmajame doktorantūros projekto etape bus sukurtas in vivo biojutikliu pagrįstas ALDH mutantų atrankos metodas, naudojant indukuojamą genų ekspresijos sistemą iš Pseudomonas putida (Hanko ir kt., 2017). ALDH baltymų inžinerija bus atliekama taikant kryptingą evoliuciją, apimančią pasikartojančią soties mutagenezę ir genų maišymą. Antrajame projekto etape nuolatinės padermės evoliucijos taikymas suteiks greitą ir galingą genetinės įvairovės generavimo metodiką, leidžiančią atrinkti pagerėjusią mikrobų biosintezę (Chou & Keasling, 2013). Galiausiai bus siekiama įdiegti sukurtas padermes biogamybai iš dujų.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Aplinkos veiksniams jautrios medžiagos nano- ar mikrodydžio struktūros iš gamtinių bei sintetinių polimerų darinių gali būti pritaikytos įvairiose srityse. Ypatingai didelio dėmesio pastaruoju metu susilaukia gamtinės kilmės segmentus, tokius kaip polisacharidai, savo struktūroje turintys amfifiliniai dariniai. Tokie segmentai, yra netoksiški, paprastai nėra imunogeniški, biosuderinami, bioskaidūs, gaunami iš atsinaujinančių šaltinių. Iš polisacharidų gauti amfifiliniai kopolimerai yra naujos kartos biopolimerinės medžiagos, kurios gali būti pritaikytos medicininiams tikslams, polisacharidų grandines turinčias nano- ar mikrosistemas panaudojant terapinėse, vakcinavimo ir diagnostinėse priemonėse. Mokslinio tyrimo tikslas – gauti įvairios struktūros naujus hidrofobines ir lipofilines grupes turinčius modifikuotus polisacharidus ir ištirti jų savybes. Mokslinio tyrimo eigoje gamtiniai polisacharidai bus modifikuojami cheminiais ir fizikiniais metodais, siekiant gauti įvairios struktūros, amfifiliškumo, krūvio tankio (neutralius arba turinčius krūvį), molekulinės masės gamtinių polimerų darinius. Charakterizavus gautus amfifilinius polisacharidus ir įvertinus jų savybes, bus ištirta šių darinių agregacija vandenyje, keičiant aplinkos sąlygas. Nustačius tokių struktūrų susidarymo sąlygas, gautos medžiagos bus išbandytos potencialiose taikymo srityse, pvz. tokiose kaip kontroliuojama tikslinių junginių (pvz. vaistų ar tam tikrų diagnostinių agentų) pernaša aplinkos veiksnių, tokių kaip pH, temperatūra, fermentai, poveikyje.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Ši tematika skirta valgomųjų biopolimerų konstruktų, skirtų dirbtinei mėsai auginti in vitro, kūrimui ir savybių optimizavimui. Tyrime siekiama panaudoti biopolimerų ir augalinių baltymų pagrindu sukurtus konstruktus, kurie užtikrintų biologiškai suderinamą ir tekstūriškai kokybišką audinį. Tyrimo metu bus kuriami nauji konstruktai panaudojant elektrohidrodinaminius procesus, bei paviršiaus funkcionalizavimo metodus, siekiant pagerinti audinio suderinamumą ir tekstūrą.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Cementas yra antras (pirmas – vanduo) Žemės gyventojų kasmet dažniausiai naudojamas produktas. Dėl tokios didelės statybinių medžiagų paklausos cemento pramonė yra atsakinga už maždaug 5–7 % pasaulinių antropogeninių šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų. Palyginti – vienos cemento tonos gamybos metu į aplinką išmetama beveik tiek pat CO2 dujų. Dėl šios priežasties mokslinė bendruomenė stengiasi ieškoti būdų, kaip sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisiją ir neigiamą cemento gamybos poveikį aplinkai. Nors pastaraisiais dešimtmečiais buvo pasiūlyta nemažai sprendimų, kaip sumažinti neigiamą cemento gamybos poveikį aplinkai, tačiau naujausi tyrimai parodė, kad tokių priemonių, kaip klinkerio priedai, alternatyvusis kuras ir (arba) energijos sąnaudų optimizavimas, nepakanka reikiamam CO2 emisijų lygiui pasiekti. Taigi vienas pagrindinių statybinių medžiagų pramonės ir mokslininkų bendruomenės tikslų – ieškoti alternatyviųjų cementinių medžiagų, turinčių mažesnį CO2 pėdsaką nei įprastinis cementas. Šiuo metu vienas perspektyviausių metodų yra žemabazių kalcio silikatinių cementų gamyba. Tokio tipo rišamosios medžiagos gamybai reikia mažesnio kalkinių žaliavų kiekio, be to, jų gamybos temperatūra daug žemesnė, todėl į aplinką išmetama gerokai mažiau CO2 dujų. Tokie rišikliai labiau tausoja aplinką ir dėl kietėjimo CO2 aplinkoje (karbonizacijos) – taip surišamos CO2 dujos į stabilius karbonatus betono struktūroje. Dėl tokių efektyvių karbonizacijos technologijų diegimo cementinės medžiagos gali tapti vienu didžiausių CO2 šalinimo ir izoliavimo sričių. Rankinitas ir kilchoanitas – Ca3Si2O7 – kalcio silikatai, kurie gali būti panaudoti kaip alternatyvioji rišamoji medžiaga. Kadangi jų CaO/SiO2 molinis santykis yra kone dvigubai mažesnis nei įprastinio portlandcemenčio, jo gamybai reikia mažesnio kalkinių žaliavų kiekio. Taip pat reikia mažiau kuro ir energijos sąnaudų, nes rankinito sintezė vyksta apie 200 °C žemesnėje temperatūroje nei cemento klinkerio, o kilchoanito – hidroterminėmis sąlygomis. Be to, rankinito ir kilchoanito gamybą galima vykdyti iš tų pačių žaliavų kaip ir įprastinio cemento klinkerio. Kadangi kalcio silikatai gali būti sintetinami iš įvairių medžiagų, ekonomiškai naudingiausia naudoti vietines žaliavas. Tiek klinties, tiek SiO2 turinčių žaliavų Lietuvoje yra pakankamai, tačiau pastarųjų (Anykščių kvarcinio smėlio, granito šlifavimo atliekos, hidrožėrutinio molio ir biokuro pelenų) tinkamumas sintezei nėra tirtas. Rankinitas ir kilchoanitas hidrauliškai yra neaktyvūs ir kietėja tik CO2 aplinkoje. Susidaro itin patvari kalcio karbonatų ir silikagelio mikrostruktūra. Kadangi karbonizaciją lemia difuzijos procesai, kietėjimo eiga priklauso nuo daugelio parametrų: CO2 slėgio, išlaikymo trukmės, drėgmės kiekio, betono paruošimo ypatumų ir kt. Visus juos svarbu išnagrinėti ir tarpusavyje suderinti

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Pagrindinė priemonė energijos nuostoliams sumažinti yra efektyvių izoliacinių medžiagų naudojimas. Kai temperatūra pakyla virš 500 °C, tenka naudoti silikatines ir keramines medžiagas. Viena iš efektyvių karščiui atsparių izoliacinių gaminių atmainų, kurių darbinė temperatūra siekia 1050 °C, yra medžiagos, sudarytos iš kalcio silikatų ir (arba) hidrosilikatų. Šio darbo tikslas – nustatyti karščiui atsparių termoizoliacinių dirbinių iš kalcio hidrosilikatų gamybos technologinius parametrus, o jos metu susidarančias atliekas ir smulkiadispersinę opoką panaudoti tankių silikatinių dirbinių kietėjimo procesui suintensyvinti. Šiame darbe, bendradarbiaujant KTU mokslininkams ir AB Silikatas technologams, bus sukurti 2 naujų gaminių prototipai. Tyrimų metu bus nustatytos optimalios 1,13 nm tobermorito ir ksonotlito sintezės sąlygos, kurioms esant produktuose susidaro maksimalus šių junginių kiekis; ištirti mažo tankio (150–300 kg/m3) bandinių vienalaikio vakuumavimo–presavimo ir autoklavinio apdorojimo parametrai, siekiant gauti geriausių eksploatacinių savybių gaminius; išanalizuoti vidutinio tankio (500–900 kg/m3) bandinių formavimo būdai, nustatyti jų parametrai ir autoklavinio apdorojimo sąlygos, kad galima būtų gaminti paklausius rinkoje aukštos pridėtinės vertės gaminius. 3-ias prototipas turėtų gerokai pagerinti šiuo metu gaminamos produkcijos kokybę, t.y. natūralios opokos (smukiadispersinio priedo su aktyviomis SiO2 atmainomis) ir kalcio hidrosilikatų priedas turėtų suintensyvinti tankių (?1000 kg/m3) silikatinių gaminių kietėjimo metu vykstančias reakcijas ir taip padidinti jų stiprį gniuždant bei atsparumui šalčiui. Tikimasi, kad projekto įgyvendinimo metu gauti teigiami rezultatai leis išplėsti Lietuvoje gaminamų inovatyvių, didelės pridėtinės vertės produktų asortimentą, paskatins mokslo ir verslo bendradarbiavimą, prisidės ugdant jaunųjų tyrėjų kompetencijas

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Pastaraisiais metais dumblių kultyvavimui, perdirbimui ir panaudojimui yra skiriamas didelis dėmesys siekiant atliepti pasaulinius maisto paklausos, socioekonominius ir tvarumo iššūkius. Mikroskopiniai dumbliai taip pat yra svarbūs įvairių aukštesnės pridėtinės vertės bioaktyvių komponentų, kurie gali būti sėkmingai panaudojami maistui, kosmetikai ir farmacijai, šaltiniai. Pastarąjį dešimtmetį vykdomi moksliniai tyrimai rodo, kad fermentacijos procesai galėtų būti sėkmingai taikomi siekiant pagaminti tam tikromis funkcinėmis savybėmis, chemine sudėtimi ir biologiniu aktyvumu pasižyminčius makroskopinių dumblių ekstraktus (produktus). Įvertinant makroskopinių dumblių biologinę įvairovę ir biologiškai vertingų komponentų kiekius, fermentuotų makroskopinių dumblių ekstraktai ar jų pagrindu pagaminti produktai galėtų būti sėkmingai panaudojami maisto, mitybos ir farmacijos pramonėse. Pažymėtina, jog įkapsuliavimas panaudojant įvairias biopolimerų matricas gali būti sėkmingai taikomas siekiant užtikrinti dumblių ekstraktų bioaktyvių medžiagų kokybinės ir kokybinės sudėties bei funkcinių savybių stabilumą, efektyvią jų pernašą ir/ar kontroliuojamą atsipalaidavimą, tačiau mokslinių tyrimų šioje srityje yra labai mažai. Tyrimų tikslas - efektyvių fermentacijos ir kapsuliavimo procesų sukūrimas siekiant pagaminti tikslinėmis funkcinėmis savybėmis pasižyminčius fermentuotus makroskopinių dumblių ekstraktus ir juos pritaikyti nutraceutikams ir burnos sveikatos priežiūros priemonėms kurti. Gautų mokslinių rezultatų pagrindu bus parengtos mokslinės publikacijos (ne mažiau kaip 3) WOS žurnalams, bei pranešimai nacionalinėse bei tarptautinėse konferencijose. Šie moksliniai tyrimai taip pat suteiks naujų galimybių tiriamų veikliųjų medžiagų praktiniam pritaikymui bei potencialiam komercializavimui, sudarys sąlygas plėtoti bendradarbiavimą su užsienio šalių aukštojo mokslo institucijų atstovais bei verslo partneriais.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Fotodinaminė terapija (FDT) – tai inovatyvus ir perspektyvus vėžio gydymo metodas, kuriame, naudojant šviesos aktyvuojamus fotosensibilizatorius, pasiekiamas tikslinis poveikis vėžinėms ląstelėms su minimaliais šalutiniais efektais. Siekiant pagerinti FDT efektyvumą, planuojama kurti nanopluoštines polimerines matricas, kurios leistų kontroliuoti fotosensibilizatorių stabilumą ir išsiskyrimą. Tyrimo tikslas – elektroverpimo būdu sukurti nanopluoštinę polimerinę matricą, optimizuotą pirazolo pagrindo fotosensibilizatorių tiksliniam inkapsuliavimui ir atpalaidavimui, siekiant pagerinti fotodinaminės vėžio terapijos efektyvumą.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Doktorantūros mokslinis darbas bus skirtas naujų biokompozitų iš atsinaujinančių žaliavų kūrimui bei jų tyrimui naudojant pažangius tyrimo metodus. Biokompozitai sparčiai vystosi kaip galima alternatyva metalui, įprastiems armatūriniams kompozitams ir keramikos pagrindo medžiagoms biomedicinos inžinerijos srityse, aviacijos, automobilių, sporto, pakavimo, elektronikos sektoriuose ir kt. Norint išplėsti biokompozitų taikymą, būtina geriau suprasti ir žinoti struktūros ir savybių koreliaciją. Kaip matrica bus pasirenkami modifikuoti polisacharidai. Paviršiaus modifikavimas naudojant fizinį ir cheminį apdorojimą apima funkcinių grupių modifikavimą pluošte, pluošto morfologiją, kovalentinių ryšių susidarymą ir kt. Po tyrimų rezultatų analizės, bus atrinkti geriausiomis formuojamumo ir produkto funkcinėmis savybėmis pasižyminčios kompozicijos tinkančios kaip alternatyva sintetinių plastikų gaminiams. Šis darbas svarbus tolesnių tyrimų ir biokompozitų industrializavimo pagrindas.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Šiame tyrime siekiama sukurti pažangias medžiagas ir dangas, pavyzdžiui, panaudojant metalo oksidus, kurie pagerintų tvarios energijos konversijos procesus ir būtų pritaikomi aplinkosaugos srityje. Tyrimo metu dėmesys skiriamas medžiagų sintezės optimizavimui, jų struktūrinių ir morfologinių savybių analizei bei katalizinio efektyvumo vertinimui. Tikslas – prisidėti prie novatoriškų sprendimų, padedančių didinti atsinaujinančios energijos technologijų ir aplinkosaugos sprendimų efektyvumą, ekonomiškumą ir pritaikomumą didesniu mastu.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Gamtinės kilmės preparatai įgyja vis didesnį populiarumą vartotojų tarpe visame pasaulyje, nes šiuolaikiški analizės metodai sudaro galimybes išsamiai ištirti ir moksliškai pagrįsti gamtinių medžiagų poveikį, efektyvumą ir veikimo mechanizmą, kurti efektyvias bioaktyvių junginių išskyrimo ir panaudojimo technologijas. Trilapis puplaiškis (Menyanthes trifoliata) yra vertinamas netradicinėje medicinoje dėl stipraus antioksidacinio ir priešuždegiminio poveikio. Tyrimų tikslas – vertingų bioaktyvių medžiagų išskyrimas iš M. trifoliata lapų taikant aplinkai ir žmogui draugiškas daugiapakopes perdirbimo (biorafinavimo) technologijas, ekstraktų fitocheminės sudėties ir funkcinių savybių tyrimai bei kryptingas pritaikymas funkciniams fitopreparatams kurti. Mokslinių tyrimų rezultatų pagrindu bus paskelbtos ne mažiau kaip 3 mokslinės publikacijos tarptautiniuose recenzuojamuose žurnaluose ir pristatyti pranešimai tarptautinėse konferencijose. Ekstraktų funkcinių savybių vertinimas biologinėse matricose bus atliktas Erasmus stažuočių metu, bendradarbiaujant su užsienio aukštųjų mokyklų mokslininkais. Ekstraktų pagrindu pagaminti funkciniai produktai bus pristatyti kasmet KTU organizuojamoje tarptautinėje jaunųjų kūrėjų parodoje TECHNORAMA.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Disertacijos projektas skirtas tikslinės paskirties junginių sintezei, aplinkosaugos technologijų vystymui ir plėtrai. Jame numatoma hidroterminės ir/ar aukštatemperatūrės sintezės būdu sukurti perspektyvius silikatinius sluoksniuotos struktūros sorbentus su tikslia chemine komponentų sudėtimi ir cheminėmis savybėmis, bei nustatyti šių junginių adsorbcijos gebą skirtingiems anijonams. Disertacijos tikslas – sukurti hidroterminės ir/ar aukštatemperatūrės sintezės būdą skirtą sluoksniuotos struktūros silikatinių sorbentų gamybai, nustatyti jų adsorbcijos talpą CO2 dujų ir/ar fosfato bei sulfato anijonų atžvilgiu ir pasiūlyti racionalias panaudojimo sritis.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Vystantis aukštosioms technologijoms sparčiai auga sumaniųjų medžiagų poreikis, o, sprendžiant šiandienines klimato kaitos ir aplinkos būklės problemas, ypatingai aktualu gamybos technologijose naudoti tvarius procesus ir atsinaujinančias žaliavas. Šio darbo tikslas yra sukurti, susintetinti ir ištirti naujus formos atminties polimerus iš augalinės kilmės medžiagų, skirtus šiuolaikinėms šviesą naudojančioms gamybos technologijoms. Tokie polimerai gali būti plačiai pritaikyti išmaniuosiuose biomedicininiuose prietaisuose, lanksčiuose elektronikos ar robotikos prietaisuose, aviacijos ir kosmoso įrenginiuose ir kt. Darbo metu bus ištirta, kaip nuo skirtingų augalinės kilmės medžiagų struktūros priklauso polimerizacijos procesas ir gautų polimerų struktūra bei mechaninės, terminės, formos atminties ir kt. savybės. Tyrimai bus atliekami kartu su didžiausią patirtį šioje srityje turinčiais Lietuvos ir užsienio šalių mokslininkais bei šviesos technologijas naudojančiomis gamybos įmonėmis. Gauti rezultatai bus skelbiami tarptautinėse mokslinėse konferencijose, publikuojami CA WoS duomenų bazės Q1-Q2 mokslo žurnaluose ir viešinami plačiajai visuomenei.

---

Tyrimų tematikos aprašas.

Tradiciniai energijos šaltiniai, tokie kaip nafta ir dujos, sparčiai senka, o jų naudojimas skatina klimato atšilimą. Todėl atsigręžiama į atsinaujinančius šaltinius: vėją, hidro- ir saulės energiją. Saulės energijos panaudojimas yra lankstus, efektyvus, universalus ir palyginti nebrangus. Perspektyviausi fotovoltiniai prietaisai, kuriuose naudojami organiniai puslaidininkiai, yra perovskitiniai saulės elementai (PSC). Darbo tikslas yra naujų efektyvių organinių puslaidininkių, pasižyminčių žemais jonizacijos potencialais, skirtų efektyviems ir stabiliems perovskitiniams saulės elementams, kūrimas, sintezė ir tyrimas. Perspektyviausi junginiai bus išbandyti PSC. Pagrindinis sukurtų organinių skylinių puslaidininkių (HTM) privalumas bus santykinai paprasta sintezė, pigios pradinės medžiagos ir nebrangus gryninimas. Gauti HTM taip pat galėtų būti tinkami organinių šviesos diodų ir kitų optoelektroninių prietaisų formavimui.