Utalentowani, młodzi, przebojowi, z pomysłem na innowacje oraz lepszy świat

Laureaci Konkursu 3W poszukiwali rozwiązań problemów nurtujących współczesną naukę. Niezależnie od zróżnicowanej tematyki badań łączy ich jedno: zwrot ku zielonym innowacjom i wykorzystanie nowych technologii, by pomagać innym

Uczestnicy konkursu pokazali, że Idea 3W, niezależnie od naukowego i innowacyjnego potencjału, oznacza zmianę świata na lepszy, a także bardziej zielony.

Kategoria: Prace licencjackie

Patrycja Grabowska – z Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu – laureatka I miejsca, w swojej pracy dyplomowej zajęła się tematyką czystego i zielonego wodoru.

– Aby zatrzymać pogłębianie się niekorzystnych zmian klimatycznych, niezbędne jest osiągnięcie neutralności klimatycznej poprzez transformację energetyczną z użyciem wodoru jako nośnika energii. W tym kontekście najistotniejszy jest zielony wodór, czyli taki, w którego produkcji nie są emitowane gazy cieplarniane. Z kolei czysty wodór jest produkowany z odnawialnych źródeł energii, więc daje on realną szansę na zmniejszenie emisyjności gospodarki – tłumaczy Patrycja Grabowska, nakreślając tło swoich badań. Dodaje, że w przyszłości, by móc korzystać z pojazdów wodorowych w ekologiczny sposób, będzie niezbędne obniżenie kosztów produkcji zielonego wodoru.

– W mojej pracy licencjackiej zajmuję się pozyskaniem hybrydowych katalizatorów do produkcji czystego wodoru. Ich użycie znacząco obniża koszty związane z produkcją zielonego wodoru. Skupiłam się na pozyskaniu katalizatorów hybrydowych na bazie tlenków typu perowskit domieszkowanych prazeodymem oraz węglem i azotem, a cel, który sobie założyłam, czyli pozyskanie tanich, wydajnych oraz stabilnych katalizatorów do procesu pozyskania zielonego wodoru, został osiągnięty – wyjaśnia Patrycja Grabowska.

Joanna Koczenasz – z Wydziału Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu – zdobywczyni II miejsca, w swojej pracy konkursowej opisała przebieg badań nad otrzymywaniem biowęgli aktywnych z odpadów zielarskich.

– Prekursor, którym były łodygi szałwii lekarskiej, został poddany aktywacji chemicznej za pomocą dwóch substancji aktywujących, z wykorzystaniem dwóch metod obróbki termicznej, to jest ogrzewania mikrofalowego i konwencjonalnego. Zbadałam wpływ zarówno rodzaju zastosowanej substancji aktywującej, jak i metody ogrzewania na podstawowe właściwości fizykochemiczne otrzymanych biowęgli aktywnych, takie jak: zawartość popiołu w strukturze, wartość pH wyciągów wodnych, zawartość i rodzaj powierzchniowych grup funkcyjnych, a także rodzaj wytworzonej struktury porowatej. Wyznaczyłam również zdolności sorpcyjne biowęgli aktywnych wobec jodu i błękitu metylenowego, badając m.in. wpływ stężenia początkowego barwnika, temperatury oraz pH układu na efektywność usuwania zanieczyszczeń z roztworów wodnych – opowiada Joanna Koczenasz

Dodaje, że na podstawie przeprowadzonych badań wykazała, że biowęgle aktywowane kwasem ortofosforowym charakteryzują się zdecydowanie wyższymi pojemnościami sorpcyjnymi zarówno wobec jodu, jak i błękitu metylenowego niż analogiczne materiały aktywowane węglanem potasu.

– Ponadto wykazałam, że sposób ogrzewania próbek podczas aktywacji w znacznym stopniu determinuje parametry fizykochemiczne i zdolności sorpcyjne biowęgli aktywnych – tłumaczy przebieg swoich badań.

Dodaje, że to wykorzystanie ogrzewania mikrofalowego sprzyjało przede wszystkim bardziej efektywnemu rozwinięciu powierzchni właściwej oraz struktury porowatej biowęgli, co miało bezpośrednie przełożenie na uzyskiwanie pojemności sorpcyjnej wobec zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych, a jeden z otrzymanych biowęgli aktywnych zdecydowanie wyróżniał się zdolnością sorpcyjną na tle pozostałych.

– Uzyskana za jego pomocą wartość liczby jodowej jest porównywalna z liczbą jodową komercyjnych węgli aktywnych. Przeprowadzone badania wykazały, że szałwia lekarska może być z powodzeniem wykorzystywana jako tani i ekologiczny prekursor do otrzymywania skutecznych materiałów sorpcyjnych – wyjaśnia Joanna Koczenasz.

Z kolei Joanna Jaroszyńska – ze Szkoły Nauk Ścisłych Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie – laureatka III miejsca, skupiła się w swojej pracy na półprzewodnikach organicznych do zastosowania w tranzystorach elektrochemicznych i wykazała, że innowacyjne wykorzystanie łatwo dostępnych pierwiastków jest możliwe.

– W trakcie badań laboratoryjnych udało mi się otrzymać wielocząsteczkowy związek o szkielecie węglowodorowym, pozbawiony kosztownych, a nierzadko trudnych do pozyskania metali, będących rdzeniem elektroniki nieorganicznej. Organiczny związek, uzyskany na potrzeby pracy, można stosować do wzmacniania sygnału elektrycznego nawet w organizmach żywych. Może to stanowić małą rewolucję w dziedzinie implantologii i neuroprotetyki – przekonuje Joanna Jaroszyńska i puentuje: – Bycie jedną z laureatek konkursu jest niezwykłym wyróżnieniem, ale też motywacją. Dowodzi to, że nie tylko urodzeni geniusze mogą zostawić coś po sobie w świecie nauki.

Kategoria: Prace inżynierskie

Kinga Ślusarczyk – z Wydziału Chemicznego Politechniki Rzeszowskiej – zdobyła I miejsce za pracę, w której wykazała, że prowadzone przez nią badania wiążą się z realnym potencjałem zwiększenia praktycznego zastosowania ATRP w przemyśle. Łatwe, tanie i przyjazne środowisku metody syntezy węglowych materiałów hybrydowych są obecnie wysoce pożądane ze względu na możliwość ich przeskalowania i wdrożenia w produkcji przemysłowej. Niestety, zastosowanie polimeryzacji rodnikowej z przeniesieniem atomu (ATRP) jest w tym przypadku utrudnione ze względu na konieczność prowadzenia syntez w środowisku gazu obojętnego czy wykorzystania relatywnie dużych ilości specjalistycznych, a przy tym kosztownych odczynników chemicznych.

– W odpowiedzi na te trudności w mojej pracy podjęłam się próby modyfikacji tradycyjnego układu reakcyjnego stosowanego w przypadku powierzchniowo inicjowanej ATRP zgodnie z listą 12 zasad zielonej chemii. W tym celu przeprowadziłam weryfikację możliwości zastosowania metakrylanu 2- (dimetyloamino)etylu w podwójnej roli monomeru oraz czynnika redukującego, eliminując konieczność stosowania dodatkowego czynnika redukującego, umożliwiającego cykliczną regenerację katalizatora, jednocześnie zmniejszyłam stężenie stosowanego kompleksu katalitycznego miedzi do kilkudziesięciu ppm (ang. low-ppm ATRP), a następnie zoptymalizowaną metodę wykorzystałam do modyfikacji powierzchni płaskich w warunkach otoczenia, redukując objętość mieszaniny reakcyjnej zużywanej na cm2 modyfikowanej powierzchni ponad 1000-krotnie – mówi Kinga Ślusarczyk.

W rezultacie badaczka otrzymała materiały hybrydowe złożone z płytek krzemowych oraz organicznej warstwy szczotek polimerowych o właściwościach hydrofilowych.

– Biorąc pod uwagę cenę oraz toksyczność powszechnie wykorzystywanych rozpuszczalników organicznych, do reakcji zastosowałam zwykłą wodę destylowaną. Proponowane przeze mnie rozwiązanie znacznie upraszcza układ eksperymentalny, a także prezentuje możliwość prowadzenia modyfikacji w warunkach otoczenia, co w przypadku techniki ATRP zazwyczaj wymaga dodatkowych substancji odtleniających układ – wyjaśnia Kinga Ślusarczyk.

Julia Łuczak – z Wydziału Hodowli, Bioinżynierii i Ochrony Zwierząt w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie – zdobywczyni II miejsca, w swojej pracy opisała wpływ nanodiamentu oraz nanopłatków tlenku grafenu na profil niekodującego RNA w glejaku IV stopnia.

– Węgiel, klasycznie kojarzony z paliwami kopalnymi i przemysłem, stanowi fundament dla nowych odkryć w dziedzinie nanotechnologii medycznych, która to odmienia oblicze medycyny, wprowadzając innowacyjne rozwiązania terapeutyczne i diagnostyczne – mówi Julia Łuczak.

To dynamicznie rozwijające się pole badań obiecuje przełom w leczeniu chorób oraz monitorowaniu zdrowia, a węgiel staje się kluczowym elementem w tym epokowym przełomie. Glejaki to bardzo niebezpieczne guzy mózgu, stanowiące duże wyzwanie w leczeniu. Są agresywne i rozprzestrzeniają się w tkankach nerwowych, co utrudnia ich zwalczanie. MikroRNA (miRNA) są małymi fragmentami RNA, które wpływają na różne funkcje komórkowe, w tym na wzrost komórek i ich programowaną śmierć.

– Wykazałam, że tlenek grafenu, substancja nanometryczna, może być użyteczny w łagodzeniu agresywnego charakteru glejaka. W eksperymencie na komórkach glejaka pokazałam, że tlenek grafenu zmniejsza ekspresję niektórych miRNA, co sugeruje możliwość opracowania skuteczniejszych terapii przeciwnowotworowych dla tego typu guzów – opowiada Julia Łuczak.

Łukasz Wujcicki – z Wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej – zdobywca III miejsca, już od dwóch lat bierze czynny udział w pracach badawczych dotyczących tematyki ochrony środowiska wodnego.

– Głównym celem mojej nagrodzonej pracy była charakterystyka kilkunastu potencjalnych substancji nadających się do desorpcji związanego wewnątrz i na powierzchni sorbentów fosforu. Dzięki takiemu rozwiązaniu są możliwe: ponowne zastosowanie fosforu, np. w postaci nawozów sztucznych, a równocześnie ponowna sorpcja tego pierwiastka na użytym już sorbencie chitozanowym – mówi Łukasz Wujcicki.

Jak wyjaśnia, duże stężenie fosforu w wodach powierzchniowych wskutek zrzutów ścieków przemysłowych i komunalnych, a także w wyniku intensyfikacji rolnictwa powoduje eutrofizacje wód słodkich i słonych. Jest ona zjawiskiem niepożądanym, przyczyniającym się do pogarszania jakości wody na świecie. Dlatego ważne są ochrona wody i odkrywanie rozwiązań zmierzających do ograniczenia tego zjawiska przez usuwanie nadmiarowej ilości fosforu i innych pierwiastków biogennych.

– W związku z realizacją projektów dotyczących sorpcyjnego usuwania ortofosforanów(V) z matrycy wodnej przy użyciu modyfikowanych hydrożeli chitozanowych pojawił się pomysł, aby tematem pracy inżynierskiej był dobór środków desorbujących do jego usuwania. Wszak wiele publikacji skupia się na usuwaniu fosforu z roztworów wodnych, w tym z wód powierzchniowych czy ścieków, jednakże ważna jest również możliwość jego odzysku przez odpowiednie potraktowanie ich roztworami eluującymi – podkreśla zdobywca III miejsca.

Kategoria: Prace magisterskie

W tej kategorii zwyciężył Marcel Jakubowski – z Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej. Zdobywca I miejsca napisał pracę dotyczącą hydrożelu chitozanowego modyfikowanego jonami La3+ jako nośnika dla substancji przeciwosteoporotycznych. Jego praca naukowa skupia się na szeroko pojętym dostarczaniu substancji farmaceutycznych, szczególnie tych stosowanych w leczeniu osteoporozy.

– W swojej pracy magisterskiej postanowiłem zaproponować nowy nośnik dla dwóch takich substancji oparty na materiale hydrożelowym na bazie biopolimeru – chitozanu oraz jonów lantanu. Przeprowadzone przeze mnie badania pokazały, że przygotowany hydrożel może z powodzeniem dostarczać oba leki w kontrolowany, spowolniony sposób. Moja praca pokazuje również, że biomasa może być z powodzeniem wykorzystywana do tworzenia zaawansowanych materiałów biomedycznych, a stosowanie zaproponowanego przeze mnie nośnika pozwoli także na zmniejszenie zużycia leków, czyli zmniejszy ich ilość w środowisku naturalnym, co przekłada się na potencjalną poprawę jakości życia wielu osób dotkniętych osteoporozą – wyjaśnia Marcel Jakubowski.

Jakub Zabrzycki – student Inżynierii Chemicznej i Procesowej na Politechnice Warszawskiej – zdobywca II miejsca, napisał pracę dotyczącą wytwarzania foto(elektro)katalizatorów reakcji elektrochemicznego rozkładu wody, z którego to procesu otrzymuje się czysty wodór.

– Celem pracy było opracowanie nowej metody otrzymywania foto(elektro)katalizatorów na bazie tlenku cynku, czyli związku absorbującego światło i aktywnego fotokatalitycznie, oraz siarczku molibdenu (IV) pełniącego rolę elektrokatalizatora. Wykonane eksperymenty pokazały, że zastosowana metoda wytwarzania katalizatorów (mikrofalowa synteza solwotermalna) pozwala na ich szybkie i łatwe sporządzenie, przy czym otrzymane struktury są aktywne w reakcji wydzielania tlenu (drugiej obok reakcji wydzielania wodoru reakcji połówkowej zachodzącej podczas rozkładu wody) – podkreśla Jakub Zabrzycki.

Katarzyna Pianka – zdobywczyni III miejsca – z Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu – napisała pracę na temat wielofunkcyjnych membran fluoropolimerowych z kontrolowanymi właściwościami powierzchni.

– Praca dotyczy głównie wykorzystania destylacji membranowej do odsalania wody. Modyfikując chemicznie powierzchnie polimerowych membran za pomocą nanocząsteczek tlenków lantanowców, można w efektywny sposób otrzymać zmodyfikowany materiał, cechujący się ulepszonymi właściwościami fizykochemicznymi, w tym poprawionymi właściwościami przeciwzwilżającymi – wyjaśnia Katarzyna Pianka

Jak podkreśla, z tego względu taka modyfikacja może stanowić jedną z alternatywnych i innowacyjnych metod wytwarzania membran o potencjalnym zastosowaniu w procesach otrzymywania wody pitnej, której niedobory odczuwają już miliardy ludzi na całym świecie.

– Dla mnie jako przedstawicielki młodego pokolenia edukacja dotycząca ekologii jest bardzo ważnym aspektem życia. Każdy z nas pragnie mieć stały dostęp do bezpiecznej i czystej wody pitnej, to jest podstawowa potrzeba – podsumowuje Katarzyna Pianka.