Projekti / Programi
01. januar 2022
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
Fizika mehkih snovi, interakcije med svetlobo in snovjo, optični procesi in pojavi, tekoči kristali, magnetna mehka snov, koloidni sistemi, biomedicinska optika
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
25. junij 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
557 |
12.315 |
10.522 |
18,89 |
| Scopus |
581 |
14.034 |
11.990 |
20,64 |
Raziskovalci (17)
Organizacije (2)
Povzetek
Proučevanje interakcij svetlobe s snovjo je eno najpomembnejših področij fizike. Številni pojavi so predmet temeljnih raziskav, medtem ko so tehnologije, ki temeljijo na optičnih procesih, nepogrešljive v številnih vejah sodobne industrije. Čeprav je v naprednih tehnologijah uveljavljena uporaba trdnih snovi, je v zadnjem času vedno več raziskav posvečenih mehki snovi, ki ponuja izredno velike možnosti nadaljnjega tehnološkega napredka. V okviru predlaganega projekta se bomo osredotočili na pridobivanje novega temeljnega znanja o interakcijah svetlobne s štirimi različnimi vrstami mehkih snovi: novimi tekočekristalnimi sistemi, magnetnimi mehkimi snovmi, dinamičnimi kompleksnimi tekočinami in sistemi v sklopu biomedicinske optike. Vzporedno s tem si bomo prizadevali tudi za razvoj in oblikovanje novih tehnoloških rešitev. Glavni vezni element naših raziskovalnih aktivnosti bo proučevanje lastnosti omenjenih materialov z različnimi optičnimi metodami. Na področju tekočih kristalov smo bili nedavno močno vključeni v odkritja novih polarnih nematičnih faz, zlasti feromagnetne in feroelektrične nematične faze, ki bodo ostale pomemben predmet naših raziskav tudi v naslednjih letih. Poleg tega bomo nadaljevali z razvojem novih tekočekristalnih elastomerov in kromoničnih tekočekristalnih sistemov. Raziskovali bomo magnetne mehke materiale, sestavljene iz mehkih polimernih matric, fukcionaliziranih z različnimi magnetnimi polnili. Takšni materiali so zaradi možnosti brezkontaktnega delovanja zelo privlačni za uporabo v raznovrstnih tehnologijah, od senzorjev preko biomedicinskih aplikacij do mikrofluidičnih aktuatorjev. Raziskovali bomo tri različne sisteme: feromagnetne nematične tekoče kristale, koloidne suspenzije feromagnetnih nanoploščic in magnetoaktivne elastomere. Proučevali bomo agregacijske pojave in obnašanje koloidnih tekočin pod vplivom zunanjih polj. Poudarek bo na realističnih sistemih, ki vključujejo koloidne delce kompleksnih oblik in tekočinske tokove v kompleksnih geometrijah. Mikrofluidične poskuse bomo kombinirali z optično pinceto, s katero bomo proučevane procese lokalno nadzorovali na mikrometrski skali. Proučevali bomo površinsko inducirano agregacijo beljakovin v farmacevtskih učinkovinah. Z nadaljnjim razvojem tehnike navzkrižne diferencialne dinamične mikroskopije (CDDM) želimo izdelati napravo, ki lahko učinkovito meri velikost in gibljivost delcev v mikrofluidičnih vezjih. V sklopu raziskav na področju biomedicinske optike bomo nadaljevali z neinvazivno karakterizacijo bioloških tkiv in organov. Našo nedavno razvito metodo za analizo človeške kože in-vivo bomo razširili na fiziološko pomembne parametre ter upoštevanje vpliva sipalnih lastnosti različnih plasti. Razvili bomo nov tomografski pristop slikanja, s katerim bo možno analizirati izbrane strukture v bioloških tkivih brez ionizirajočega sevanja. Nadaljevali bomo tudi z razvojem fluorescenčnih markerjev za biomedicinsko slikanje.
Pomen za razvoj znanosti
Interakcija svetlobe s snovjo je eno najpomembnejših področij fizike. Številni z njo povezani pojavi so v ospredju temeljnih raziskav. To je delno posledica vsestranskosti optičnih metod ne samo v fiziki, temveč tudi v kemiji, biologiji, znanosti o materialnih in medicini. Drugi razlog je ta, da so tehnologije, ki temeljijo na optičnih procesih, nepogrešljive v številnih panogah sodobne industrije. Slednje trenutno vključujejo pretežno polprevodniške materiale. Vendar, z vidika nadaljnjega tehnološkega napredka, mehke snovi ponujajo široko paleto novih možnosti in izzivov. Njihove inherentne prednosti so razmeroma poceni in enostavna izdelava, velika prilagodljivost, visoka odzivnost na različne zunanje dražljaje in zanimive samoorganizacijske lastnosti. Za učinkovito izrabo tega privlačnega novega področja je potrebno najprej pridobiti temeljito temeljno znanje o interakcijah svetlobe z različnimi vrstami mehke snovi. Vzporedno s tem pa si prizadevati tudi za iskanje novih tehnoloških rešitev. Predlagani program bo osredotočen na štiri različne vrste mehkih materialov in bo v večini primerov prispeval predvsem k temeljnemu znanju v obliki objav v mednarodno priznanih znanstvenih revijah. Odpiramo nove smeri na področju raziskav tekočih kristalov (TK). Raziskave na področju TK so bile vrsto let osredotočene na njihovo uporabo v industriji tekočekristalnih zaslonov (LCD). Dandanes tekoče-kristalna raziskovalna skupnost išče nove izzive, nove materiale in nove možnosti uporabe. Z nedavnimi odkritji novih tekočekristalnih faz smo odprli povsem novo področje raziskav in načrtujemo tudi vnaprej pomembno prispevati v tej smeri. Pričakujemo, da bodo nadaljnje raziskave razkrile potencial za uporabo teh novih faz. Liotropni kromonični tekoči kristali (KTK) v zadnjem času pridobivajo na pozornosti, saj njihova kompleksnost vodi do pojava novih zanimivih faz. G-kvadrupleksi, ki se tvorijo iz DNK oligonukleotidov, predstavljajo novo vrsto KTK, o kateri še ni dosti znanega. Predlagani program bo zato pomembno prispeval k razvoju in napredku tega novega področja raziskav. Odpiramo novo raziskovalno področje polarne mehke snovi. Feroelektrične, feromagnetne in feroelastične snovi so izrednega pomena v fiziki kondenzirane snovi zaradi svojega edinstvenih lastnosti in velike tehnološke uporabnosti. Čeprav so feroelektrično nematično fazo napovedali že pred skoraj sto leti, je šele nedavno eksperimentalno odkritje pahljačaste nematične faze omogočilo preučevanje feroelektričnosti v pravi 3D tekočini. Kombinacija feroelektričnosti z nematično fluidnostjo, ki kaže izrazite in tehnološko pomembne elektro-optične pojave, ima ogromen potencial za uporabo. Kot pionirji pri odkrivanju pahljačaste faze imamo odlično izhodišče in vodilno vlogo pri nadaljnjem razvoju te raziskovalne smeri. Če uspemo ustvariti stabilne suspenzije nanoploščic v tej fazi, bomo naredili prvi primer tekočega multiferoika, v katerem se magnetne lastnosti lahko krmili z električnimi polji in obratno. To bi bil nedvomno velik preboj v znanosti, ki bo omogočil tako nove temeljne raziskovalne usmeritve kot nove tehnološke aplikacije. Odpiramo nove usmeritve na področju magnetnih mehkih snovi. Načrtovane raziskave feromagnetnih ferofluidov bodo s pridobivanjem novih temeljnih znanj o fizikalnih pojavih, ki so posledica predhodno nedosegljivega spajanja mezomorfnega reda, spontane magnetizacije in fluidnosti, močno vplivale na raziskovalno področje ferofluidov. Te snovi se odzivajo na magnetna polja, ki so več redov velikosti šibkejša od polj za krmiljenje navadnih ferofluidov, zato predstavljajo velik napredek v znanosti o materialih. Potencialna uporaba magnetnih tekočin so npr. nastavljivi mikroizvori magnetnega polja, senzorji, brezkontaktni aktuatorji, optični filtri in optični modulatorji ali senzorji smeri magnetnega polja. Drugo novo področje, ki ga bomo raziskali, so magnetno krmiljene optične odsevne in uklonske strukture. To področje je bilo do zdaj omejeno predvsem na trdne snovi in njihove lastnosti, medtem ko bo naš sistem temeljil na mehkih snoveh in površinskem odzivu. Pomembno bomo prispevali k razvoju mikrofluidike in biomedicinske optike. Mikrofluidika se je v zadnjem desetletju izkazala kot izjemno aktivno področje, ki sledi vsesplošnemu trendu k miniaturizaciji, znižanju stroškov, zmanjšanju količine odpadkov in visoki specifični občutljivosti. Osredotočili se bomo na realne kompleksne sisteme, kot so na primer anizotropni koloidi ali žive celice, ki doslej še niso bili zadovoljivo obravnavani. Naši poskusi bodo tako znatno prispevali k temu področju, ki je zanimivo ne samo z vidika osnovnih raziskav, ampak je pomembno tudi za industrijske farmacevtske partnerje. Razvoj in uporaba novih metodologij za karakterizacijo bioloških tkiv in vivo bo privedla do boljšega razumevanja zdravstvenih stanj in tako omogočila ali pomagala pri razvoju praktičnih, klinično pomembnih rešitev. Naš pristop k raziskavam poškodbenih modric bi lahko pomagal določiti čas poškodbe v forenzičnih preiskavah, optično ocenjevanje stopnje opeklin pa bi bil pomemben napredek v klinični praksi z velikimi koristmi za učinkovitost zdravljenja in za udobje pacientov. Tridimenzionalna slikovna tehnika, ki temelji na principu PPTR, bi pomenila globalno novost in uporabnost fototermalnih tehnik onkraj bioloških aplikacij. Razvoj in testiranje izboljšanih modelov obsevanja tkiv bosta drugim raziskovalcem zagotovila dragoceno raziskovalno orodje, ki bo omogočilo napovedovanje učinkovitosti novih optičnih diagnostičnih tehnik in terapevtskih protokolov ter predhodno optimizacijo.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalni program Svetloba in snov zagotavlja, da Slovenija ostaja v ospredju raziskav in razvoja na področjih optike in fotonike, ki sta bistvenega pomena za številne veje sodobne znanosti in tehnologije. Program lahko štejemo za osnovno platformo, ki zagotavlja izobraževanje študentov na najvišji ravni kompetenc. Prizadevali si bomo, da bomo to pomembno vlogo odigrali tudi v prihodnjih letih. Zbrano znanje in novi diplomanti bodo slovenskim podjetjem omogočili sodelovanje v novih evropskih in mednarodnih projektih, tako na temeljni kot na aplikativni ravni. Predlagane raziskovalne dejavnosti predstavljajo tesno povezavo med osnovno in aplikativno znanostjo, možen pa je tudi zelo hiter pretok oseb iz znanstvenega v tehnološki sektor. Obstoječe tesno sodelovanje z več tujimi raziskovalnimi skupinami zagotavlja, da bo program lahko aktivno sodeloval v mednarodnih raziskavah. Optoelektronska industrija je v Sloveniji dobro razvita. Naši tesni stiki z več podjetji imajo dolgo in uspešno zgodovino. Izobražujemo usposobljene inženirje in skrbimo, da je raven znanja na visokem nivoju. To je pomembno za podjetja, da lahko konkurirajo na svetovnem trgu. Raziskave znanstvenikov iz naše skupine so prispevale k razvoju laserjev, ki jih proizvaja podjetje Fotona d.d., in njihovih aplikacij. V sodelovanju z LPKF, Laser & Electronics d.o.o. smo razvili uspešen sistem direktne laserske fotolitografije in mikrostrukturiranja. Na področju tekoče kristalnih svetlobnih stikal je podjetje Balder - optoelektronski elementi in merilni sistemi, še en primer uspešnega sodelovanja v preteklosti. V okviru nedavno vzpostavljenega sodelovanja s slovenskimi farmacevtskimi industrijskimi partnerji preučujemo agregacijo v bioloških zdravilih. To je pomemben dejavnik tveganja, ki ga je treba upoštevati pri ocenjevanju kakovosti in učinkovitosti zdravil. To področje raziskav se zelo dobro umešča v slovensko razvojno strategijo, ki biofarmacevtske izdelke opredeljuje kot eno od osrednjih področij pametne specializacije na prednostnem področju Zdravstvo in medicina. Gospodarski vpliv pričakujemo tudi od naše originalno razvite metodologije za neinvazivno karakterizacijo bioloških tkiv in organov in vivo (kot je, na primer, človeška koža). Je odlična prednost pri raziskavah in tudi za optimizacijo številnih laserskih posegov, npr. Za odstranjevanje brazgotin, neželenih tetovaž in dlačic ter pri pomlajevanju kože. Številna slovenska podjetja so dejavna v tem sektorju ali pa imajo komercialni interes na tem področju. Raziskovalna skupina Svetloba in snov je tesno povezana s Fakulteto za matematiko in fiziko (FMF) Univerze v Ljubljani in Fakulteto za strojništvo Univerze v Mariboru. Člani skupine so bili mentorji pri diplomskih in magistrskih nalogah ter pri doktorskih disertacijah s področja optike in uporabe optičnih metod. Naš prispevek je zelo pomemben za lokalni razvoj, saj se je več kot polovica naših alumnov zaposlila v tej panogi. Programska skupina bo nadaljevala z usposabljanjem strokovnjakov za optične metode, sipanje svetlobe, optično spektroskopijo in lasersko obdelavo materialov. Skupaj z usposabljanjem slovenskih študentov in mladih raziskovalcev bomo gostili in usposabljali tudi nekaj tujih študentov. Napisali smo več učbenikov in drugih študijskih gradiv s področja optike za različne stopnje izobraževanja. Te publikacije so nepogrešljive pri širjenju znanja in uveljavljanju slovenske terminologije na področju optike. Člani skupine izvajajo skoraj vse študijske predmete s tega področja na FMF za študente prve, druge in tretje bolonjske stopnje in tako igrajo ključno vlogo pri izobraževanju perspektivnih in zaposljivih strokovnjakov za področje optike. V sodelovanju s študenti na FMF smo v zadnjih letih napisali ali bistveno izboljšali več kot 40 gesel v slovenski Wikipediji na področju optike in fotonike, od vnosov splošnega pomena, kot so mavrice in ogledala, do specializiranih vnosov, kot so solitoni, nelinearni optični pojavi ali konfokalna mikroskopija. Članica naše programske skupine je nedavno ustanovila poseben YouTube kanal (Fotonika) z izobraževalnimi animacijami in predstavitvami o optičnih tehnologijah, primernih za srednješolce. S temi aktivnostmi bomo nadaljevali tudi v naslednjih letih. V našem programu tesno sodelujejo raziskovalci z univerz in raziskovalnih inštitutov, zato spodbuja uspešno povezovanje raziskovalnega in izobraževalnega sektorja.
