Projekti / Programi
Visoko zmogljivi nanostrukturirani senzorji akrilamida
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.09.01 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
Materiali za elektronske komponente |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
elektrokemijski senzorji, uporovni senzorji, akrilamid, nanostrukturni materiali, polianilin, molekularno vtisnjen polimer, elektronske komponente
Raziskovalci (9)
Organizacije (2)
Povzetek
Predlagamo razvoj zanesljivega, zelo občutljivega, selektivnega in prenosnega senzorja za dinamično detekcijo toksičnih organskih spojin (TOC), kot je akrilamid, med predelavo hrane in po njej.
Akrilamid (AA) (C3H5NO) se globalno uporablja pri sintezi polimerov in gelov za obdelavo odpadnih voda in v papirni industriji. Naravno se tvori predvsem pri cvrtju in pečenju krompirja, žit in praženju kavnih zrn. Njegova prisotnost v hrani je nevarna, saj je AA nevrotoksična in genotoksična spojina. Zaradi novih Evropskih predpisov bo veliko povpraševanja po zanesljivih in stroškovno učinkovitih senzorjih v živilski in prehrambni industriji. Do sedaj so se za detekcijo formaldehida uporabljale drage kromatografske in spektroskopske instrumentalne analizne tehnike, ki pa imajo slabost, da so dislocirane od vira ter časovno potratne.
Predlagani senzorski element temelji na dveh principih: elektrokemični in uporovni način merjenja. V obeh primerih referenčna elektroda temelji na originalnem preoblikovanju komercialnih sitotiskanih elektrod (SPE), ki nudijo takojšnje in stroškovno učinkovito zaznavanje. Uporaba novih prevodnih polimerov, tj. prevodnega polianilina (PANI), ki je molekularno vtisnjen polimer (MIP) za zaznavanje akrilamida, zagotavlja selektivnost. Nadalje, nanostrukturiranje z Au in/ali TiO2 nanodelci omogoča večjo prevodnost, boljši prenos ionov, lažji dostop analita in posledično višjo občutljivost ter mejo zaznave nižjo od 10-6 M. Takšen receptorski element bo vgrajen na računalniško platformo (SBC), ki bo omogočala branje, obdelavo in prenos podatkov z najsodobnejšo elektroniko za izvajanje elektrokemične in uporovne merilne tehnike. Predlagani demonstrator senzorja za AA v vodi in vodni pari, bo testiran v laboratoriju in tudi v realnem okolju (TRL 4-5). Predlagani senzorji imajo neposredno aplikacijo v prehrambni industriji in pokrivajo nišo, ki še ni bila raziskana.
Dve raziskovalni organizaciji (Inštitut Jožef Stefan (IJS) in Univerza v Mariboru/Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko/Laboratorij za vodenje elektromehanskih strojev (UM FERI) bosta prispevali k projektnemu cilju, ki je delujoči senzor AA v vodi in vodni pari (TRL 4–5). IJS je zadolžen za sintezo in modifikacijo nanostrukturiranega MIP PANI receptorskega elementa. Elektrokemijsko zaznavanje AA v vodni raztopini izvaja JSI, ki sledi mu UM FERI z izdelavo merilnega pretvornika za elektrokemijsko senzorsko napravo. Uporovno zaznavanje AA v vodni pari bo testno izvedeno v merilni komori (UM FERI) nakar bo oblikovan bo merilni pretvornik za uporovno senzorsko napravo.
Predlagana visoka raven interdisciplinarnega znanstvenega in strokovnega znanja projektne skupine ponuja edinstveno priložnost razvoja znanstvene odličnosti. Slednjo bomo izkoristili na primeru predlagane razvite nove tehnologije z dodano vrednostjo, ki je ključ za rešitev perečih analitskih problemov. S tem je projekt v skladu s Slovenskimi pametnimi specializiranimi strategijami (S4) v aspektu materialov kot končnih produktov, pametnih mest in skupnosti in tovarn prihodnosti. Tako zagotavljamo matrico za nova znanja uporabna na področjih okolja, raziskav in zaščite javnega zdravstva, energije, industrije in širše. Projekt direktno vpliva na slovensko ekonomijo z premostitvijo srednjih še ne reprezentativnih TRL nivojev (3‐6) saj cilja na nivo TRL (4‐5), ki bo uresničen preko razvoja naprednih produktov, ki bodo v prihodnosti zagotovili poslovanje Slovenije na evropskih in svetovnih trgih.
Pomen za razvoj znanosti
Naša želja je premakniti meje znanja na področju senzorjev iz nanostrukturiranih molekularno vtisnjenih polimernih materialov, z izkoriščanjem njihovih fizikalnih in kemijskih lastnosti, ki so posledica nano velikosti. Na podlagi novih inovativnih struktur bo nastalo novo nišno področje v nanotehnologiji in s tem spodbujene najnovejše raziskave. To bo privabilo več mladih iz prihajajoče generacije znanstvenikov za vstop na to prebojno področje, kar bo dalo slovenski znanosti ugoden položaj. Naš cilj je, da bi raziskovalno odličnost na področjih kemije, kemijskega inženirstva, materialnih in elektrotehniških znanosti, ki se izvajajo na področju nove senzorične tehnologije v Sloveniji, dvignili na višji nivo (Slovenija trenutno kotira kot 17. v EU). Združeni partnerji pri projektu želimo promovirati sodelovanje med fiziko, kemijo, elektrotehniko in računalniškimi znanosti z ustvarjanjem interdisciplinarne platforme, kjer bodo znanstveniki iz zgoraj omenjenih področij, sodelovali pod okriljem senzorjev za uporabo v industriji, okolju in zdravju. Cilj projekta je , da v prihodnosti povečamo sredstva ERC začenši z izbiranjem najbolj kreativnih doktorskih študentov, katerim bomo z izkušenimi vodilnimi raziskovalci na področju (elektro)kemije, elektrotehnike in znanosti o materialih pomagali z vodenjem in podporo ter pridihom podjetništva. Prednosti bodo vzajemne, saj se bo uspeh prihodnjih ERC nagrajencev izražal tudi na starejših raziskovalcih in jim odprl boljše možnosti pri EU financiranju.
Znanost in tehnologija osvojena s tem projektom, bo aktivno razširjena in licencirana ključnim udeležencem na področju nanotehnologije, ki se ukvarjajo s senzorji iz nanomaterialov visoke dodane vrednosti. S tem bomo izboljšali položaj Slovenije ter okrepili njeno prilagoditev novim konceptov in procesom. Člani na projektu bodo imeli korist od sodelovanja v interdisciplinarni naravi projekta, kar bo dvignilo kvaliteto objav na nivo kriterijev visoko rangiranih znanstvenih publikacij s področja materialov in novih aplikacij s področja senzorjev (Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nano Today, Nature Materials...).Rezultati doseženi tekom projekta bodo izboljšali znanstveno odličnost skupin in njihovo prepoznavnost na evropskem ter na svetovnem nivoju, skozi sodelovanje na naprednih raziskovalnih delavnicah, konferencah in razstavah. Medtem, ko je predlagan projekt usmerjen predvsem na področja povezana z analitsko-kemijskimi senzoričnimi napravami, bo vključena raziskava doprinesla k novim dognanjem na področju kemije materialov in novim napredkom na področju kemijske in biokemijske senzorike.
Pomen za razvoj Slovenije
Our ambition is to push the limits of knowledge in nanostructured molecularly imprinted polymer materials for sensing applications taking the advantages of their nanoscale induced physical and chemical properties. Based on new innovative structures a new niche field in nanotechnology will appear and as such simulate cutting edge research. This will attract more and more scientists especially from the emerging generations to enter this breakthrough field, which will give the Slovenian science an advantageous position. We aim to bring the research excellence in fields of chemistry, chemical engineering, material and computer sciences implemented for novel sensing technologies in Slovenia to a higher level as Slovenia is currently ranked 17 among the EU countries. Project aims to promote the collaboration between physics, chemistry and electrical engineering by creating interdisciplinary collaborations where scientist from the above fields will work together under the umbrella of sensors for applications in industry, environment and health. The project aims to increase the number of future ERC grants, starting with the selecting the most creative PhD students giving them extra guidance and support from experienced top class senior researchers in the proposed science fields with an entrepreneur twist. The benefits are mutual as the success of the future ERC awardees will reflect on the senior researchers ranking them higher on the excellence scale opening opportunities future EU funding schemes.
The science and technology mastered within this project will be actively disseminated and licensed to relevant key players in the nanotechnology field, dealing with high-added value nanomaterials for sensing, further increasing the Slovenian position through the adaptation of new concepts and processes. Members of the project consortium will benefit from the opportunity of participating in an interdisciplinary project focused on materials meeting the sensors field, with tremendous impact that will be publishable in highest ranking journals from the field of materials and their applications in sensing devices (Nature materials, Advanced materials, Advanced Functional Materials, Nanotoday…) The results achieved during the project will improve the scientific excellence of the groups and their visibility at the European and worldwide levels, supporting the presentation of the results in all project related fields through participation in advanced research workshops, conferences and exhibitions. While the proposed project is primarily oriented towards the areas related to the specific analytical chemistry sensing devices, the included research subjects will bring new knowledge to the field of materials chemistry and to novel advances in the field of chemical and biochemical sensing.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
