Skip to main content
Foto:
Andero Kalju

Projektid

Keemia instituudi projektid ja uurimissuunad

Analüütilise keemia õppetooli projektid

Üldistatud pH skaala: fundamentaaluuringutest rakendusteni

Image

Vastutav täitja: prof. Ivo Leito, analüütilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti koduleht

Projekti info: ETIS

Vedelkeskkondade happelisus ja aluselisus on võtmetähtsusega parameetrid keemiliste, bio-, keskkonna- ja tööstusprotsesside kulgemisel. pH on enim kasutatud parameeter happelisuse väljendamiseks. Korrektsed pH mõõtmised on aga praegu võimalikud vaid väga piiratud arvus keskkondades ja eri keskkondade pH väärtused ei ole omavahel võrreldavad. Käesolevas projektis viiakse praktikasse uudne, revolutsiooniline pH definitsioon, võimaldamaks arvukate reaalses elus oluliste protsesside paremat mõistmist ja kontrollimist. Luuakse eksperimentaalne absoluutne pH skaala (pHabs skaala) ning vastavad mõõtemetoodikad, mis võimaldavad mistahes keskkondade happelisusi vahetult võrrelda. Demonstreerimaks pHabs kasulikkust rakendatakse seda kolme erineva probleemi lahendamiseks: (1) tugevalt happeliste lahuste happelisuse kirjeldamiseks, (2) vedelikkromatograafias kasutatavate vesi-orgaanika solvendisegude pH määramiseks ja (3) happelise katalüüsi lahtimõtestamiseks madala polaarsusega keskkondades.


Analüütilise Keemia Kvaliteedi Infrastruktuur

Vastutav täitja: prof. Ivo Leito, analüütilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti koduleht

Projekti info: ETIS

AKKI (www.akki.ee) on valdkondadeülene infrastruktuuriobjekt, mis on loodud Tartu Ülikooli, Tallinna Tehnikaülikooli, Eesti Keskkonnauuringute Keskuse ja Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi laborite baasil. Kõik loodusteaduste ja tehnoloogia valdkonnad alates alus- ja rakendusuuringutest kuni tööstusprotsesside toodangu kvaliteedi jälgimiseni vajavad analüütilise keemia meetodeid. Sellest tulenevalt on AKKI ühistegevuse tulemusel loodud teadusaparatuuri ristkasutusvõrgustik, mille eesmärgiks on koordineerida ja jagada analüütilise keemia aparatuuri kasutust ning oskusteavet Eestis teadusasutustele ja ettevõtlusele. AKKI võimaldab kasutada analüütilist aparatuuri optimaalsel moel ning vältida võimekuste tarbetut dubleerimist. Teadlaste ja ettevõtete jaoks on tegemist enamikku analüütilise keemia alasid katva kontaktpunktiga, mis võimaldab tellijal efektiivselt jõuda oma probleemi lahendamiseks optimaalse seadme, teenuse või, vajadusel, spetsialistini.


Erasmus Mundus projekt analüütilise keemia magistriõppekavale (EACH)

Vastutav täitja: prof. Ivo Leito, analüütilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti koduleht

Projekti info: ETIS

EACH - Excellence in Analytical Chemistry (õppekava eestikeelne nimi: analüütiline keemia) on rahvusvaheline kaheaastane Erasmus Mundus magistriõppekava, mis koolitab analüütilise keemia spetsialiste, kes on kvalifitseeritud töötama toidu-, farmaatisia-, energeetika-, materjalide tööstuses jne ja erinevates analüüsi laborites (keskkond, toit, tervishoid, jne) kogu maailmas. EACH õppekava annab teadmisi ja oskusi tänapäevase analüütilise keemia fundamentaalsetest ja rakenduslikest aspektidest. EACH õppekava töö toimub nelja ülikooli koostoos: Tartu ülikool (TÜ, koordinaator), Eesti; Uppsala ülikool (UU), Rootsi; Ülikooli Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Prantsusmaa; ja Åbo Akademi ülikool (AAU), Soome. Õpe toimub inglise keeles, kuid tudengid õpivad ka vähemalt ühte osalevate ülikoolide riigikeeltest. Projekti nr: 586571-EPP-1-2017-1-EE-EPPKA1-JMD-MOB


Laseril põhineva pliiatsi-tüüpi mõõtepea-MS süsteemi väljatöötamine kultuuriväärtuslike objektide analüüsimiseks

Vastutav täitja: kaasprofessor Signe Vahur, analüütilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti koduleht

Projekti info: ETIS

Artefaktide valmistamiseks kasutatud materjalide koostise teadmine on oluline ajaloo (päritolu, vanuse, autentsuse tuvastamine) ja konserveerimise (sobilike konserveerimismaterjalide kasutamine) seisukohalt. Nende keerulise keemilise koostise ja vananemise tõttu on artefaktide materjalide keemilise koostise analüüsimine instrumentaalmeetoditega väga komplitseeritud. Projekti põhieesmärgiks on luua käeshoitav laseril põhinev pliiatsi-tüüpi mõõtepea orgaaniliste materjalide massispektromeetriliseks analüüsimiseks ümbritseva keskkonna tingimustes, võimaldades teostada analüüsi otse tahke objekti pinnalt, ilma erilise proovi ettevalmistamiseta. Selles äärmiselt interdistsiplinaarses projektis osalevad keemikud, füüsikud, insenerid, konserveerimisteadlased ja arheoloogid. Selle projektiga laiendatakse artefaktide analüüsimise võimalusi. Lisaks kultuuripärandile saaks seda universaalset seadet kasutada ka kriminalistikas, materjaliteaduses, farmaatsias jne.


Bernt Notke Püha Vaimu kiriku altariretaabli uuringud

Vastutav täitja: prof. Hilkka Hiiop, Eesti Kunstiakadeemia

Põhitäitja: kaasprofessor Signe Vahur, analüütilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

The main objective of the project is to conduct the research of Bernt Notke’s retable of the Church of the Holy Spirit, one of Estonia’s most prominent works of art, thereby broadening the knowledge of the context, use of materials, techniques and subsequent alterations made during the process of its creation. The general state and the damage will be documented and they will form the basis for conserving the retable. The innovative presentation of the collected information will contribute to a wider acknowledgement of this work of art in Estonia and abroad. Activities: *The research of creative practices and techniques and use of materials in the Baltic area in the late medieval era with the joint efforts of various (research) institutions in the name of a common goal – the appreciation of cultural heritage; *The presentation of Bernt Notke’s retable in the local as well as in the international context through scientific practices, web developments and popularization; *Integration of conservation and research practices into the curriculum of the Department of Cultural Heritage and Conservation of the Estonian Academy of Arts (organization of international workshops; involvement of students in the process of documentation, research and popularization); *Audience programmes for the wider general public. *The development of a web-based database to collect and present the outcomes of research and conservation.


Potid ja luud, lipiidid ja proteiinid: muistse toitumise uuringud biomolekulaararheoloogiaga (PSG492)

Vastutav täitja: kaasprofessor Ester Oras, analüütilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti koduleht

Projekti info: ETIS

Projekt kombineerib arheoloogiat ja analüütilist keemiat, uurimaks muistset toidukultuuri. Eesmärk on oluliselt edendada meie arusaamu muinasaegsest toitumisest, rakendades (a) otseselt muistse toitumisega seotud erinevate arheoloogiliste allikate, nagu toidunõud, inim- ja loomaluud ning taimejäänused, analüüsi, ja (b) testides uudseid tehnilisi vahendeid nende allikate analüüsiks. Uurimise alla tulevad kõige paremini säilivad biomolekulid - lipiidid (rasvad) ja proteiinid (valgud) - nii luumaterjalis kui keraamilistes savinõudes, mille kaudu luuakse võrdlev detailirohke ja pika perspektiivi ülevaade peamistest muinasaja toitukultuuri muutustest ja nende sotsiaalkultuurilistest variatsioonidest. Baseerudes arvukatele loomaluudele ja taimejäänustele, üle kahesajale savinõule ning sajakonnale inimskeletile, mis pärinevad 6000-aasta pikkusest perioodist, luuakse siiani kõige ulatuslikum ja mitmekülgsem ülevaade muinasaja Põhjamaade toidukultuurist.


Foto- ja elektrokatalüüsis kasutavate segude üldistatud pH väärtused

Vastutav täitja: teadur Agnes Heering, analüütilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Rohelise keemia üks suundadest on elektro- ja fotokatalüüs ohututes lahustites. CO2 redutseerimine ja selle erinevad variandid – erinevate katalüsaatorite poolt eri lahustites katalüüsitud reaktsioonid – on üks oluline näide sellistest protsessidest. Keskkonna pH on tähtis parameeter katalüüsiprotsesside jaoks. Paraku piirduvad täpsed pH mõõtmised peamiselt lahjade vesilahustega. CO2 redutseerimisel kasutatakse aga peamiselt mittevesilahuseid ning sellistes keskkondades on pH mõõtmine keeruline. Enamgi veel, erinevates lahustites mõõdetud pH väärtused ei ole võrreldavad ning seega on välistatud happelisusest sõltuvate protsesside võrdlemine erinevates lahustites. Projektis töötatakse välja uudsel üldistatud pH ideel (pHabsH2O) põhinev meetodika, mis võimaldab võrrelda erinevates keskkondades CO2 redutseerimisega seotud katalüütiliste protsesside efektiivsust. See omakorda aitab paremini mõista ja arendada uusi katalüütilisi protsesse tööstuslikuks rakenduseks selles valdkonnas.


Paberipõhise mikrofluiidika arendus: rakenduste viimine laborist välja

Vastutav täitja: teadur Hanno Evard, analüütilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti koduleht

Projekti info: ETIS

Käesoleva projekti käigus arendatakse hüppeliselt edasi keemiliste testide kriitiliselt vajalikke analüütilisi võimeid: tundlikkus ja selektiivsus. Need arendused võimaldavad kasutada analüütilise keemia meetodeid arvukates rakendustes, kus on vaja teostada analüüsi väljaspool laborit. Näiteks oleks võimalik teostada oluliste haiguste, nagu südamehaiguste, biomarkerite mõõtmist kogu rahvastikus või hinnata vee ohtlikkust plii saaste tõttu. Paberipõhist mikrofluiidikat kasutades saab teha keemilist analüüsi kohapeal lihtsalt ja odavalt, kuid tihti pole võimalik saavutada piisavalt head analüütilist võimekust. Selles projektis kasutatakse uudsetel viisidel katalüütilisi meetodeid tundlikuks visuaalseks detekteerimiseks ja alternatiivseid materjale suurema selektiivsuse saavutamiseks. Seeläbi on võimalik kasutada neid teste ka laborist väljaspool. Uued arendused demonstreeritakse ja rakendatakse laialt kasutatud pestitsiidi, glüfosaadi, mõõtmiseks keskkonna vee proovidest.


Vaata analüütilise keemia teisi uurimissuundi.

Bioorgaanilise keemia õppetooli projektid

Rakendusuuring reproduktiivmeditsiinis kasutatavate rakuväliste vesiikulitel põhineva ravi ja analüüsi meetodite arendamiseks

Image

Vastutav täitja: prof. Ago Rinken, bioorgaanilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

 

Antud projekti raames arendatakse EV puhastamise ja määramise metoodikaid, mida kasutatakse erinevates loodavates katsesüsteemides. Oluliseks osaks on ülitundliku TIRF mikroskoopial põhineva metoodikate edasiarendamine, mis võimaldab oluliselt tõsta arendatavate rakenduste tundlikkust ja selektiivsust. Leitakse EV-dega seotud markerid ning optimeeritakse nende määramismeetodid uute analüüside jaoks.


Uudsete bioloogiliste ja luminestsentsomadustega orgaaniliste materjalide moodulkonstrueerimine (PRG454)

Vastutav täitja: prof. Asko Uri, bioorgaanilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Väikse molekulmassiga ühendite liitmise teel luuakse keskmise molekulmassiga struktuurid, mille bioloogilised ja fotoluminestsentsomadused erinevad oluliselt lähteainete omadustest. Neid aineid kasutatakse mitootiliste proteiinkinaaside (PKde), kaseiinkinaasi CK2 ja teiste PKde aktiivsuse seireks ning nende kinaaside aktiivsuse reguleerimiseks rakkudes. Ühendite rakku viimiseks kasutatakse nende ainete liitmist transportmoodulitega ja eelravimi strateegiat. CK2 inhibiitoreid testitakse loomkatsetes. ARC-sondide basil arendatakse PKde mitmikanalüüsi meetodid, mida testitakse haiguste diagnoosimisel. Meie arendatud ARC-Lum(Fluo) sondid emiteerivad tahketes polümeermaatriksites suure heleduse ja aeglase kustumiskineetikaga fotoluminestsentskiirgust. Ainete seda omadust kasutatakse orgaaniliste valgust emiteerivate dioodide, hapnikusensorite, fotodünaamilise teraapia seadmete jms arendamiseks.


Frizzled retseptorite signaaliülekande süsteemi uurimine fluorestents meetoditega (PRG230)

Vastutav täitja: Santa Veikšina, bioorgaanilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

WNT-FZD (Wingless/Int1-Frizzled) signaaliülekande süsteemil on kaalukas roll embrüogeneesi regulatsioonis. Lisaks viivad selle süsteemi häired mitmete vähiliikide ja neuroloogiliste haiguste arenguni. Siiani puuduvad aga meetodid ligandide seostumise määramiseks Frizzled retseptoritele. Hiljuti oleme mitmete GPCR retseptorite uurimiseks välja pakkunud lihtsa lahenduse, mis kasutab niinimetatud pungunud bakuloviiruseid (BBV) nende pinnal membraansete retseptorite ekspresseerimiseks. Projekti üldiseks eesmärgiks on uue meetodi arendamine Frizzled retseptori ja tema ligandide interaktsioonide uurimiseks. Kavatseme välja selgitada Wnt ligandide alatüüpspetsiifilisuse profiilid ning püüame lahata WNT/FZD signaaliraja molekulaarseid mehhanisme, mis mõjutavad just signaali iseloomu ja spetsiifilisust. Olulisi eeliseid ootame üksikmolekulide spektroskoopia ja mikroskoopia tehnikate kasutuselevõtult. Leiame, et antud uurimusega panustame tuleviku ravimite arendamisse ja täiustamisesse.

Füüsikalise ja rakenduselektrokeemia õppetooli projektid

Mikro-mesopoorsete materjalide ekspress analüüsi meetodite arendamine Eesti turbast sünteesitud süsinikust superkondensaatorite testimiseks (PRG 676)

Image

Vastutav täitja: prof. Enn Lust, füüsikaline keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Eesti hästi lagunenud turbast sünteesitud süsinike ja modifitseeritud materjalide uurimiseks töötatakse välja ekspressmeetodeid, mis on kalibreeritud operando elektrokeemiliste meetoditega nagu väikese nurga all neutronhajumine (SANS), röntkenkiirguse hajumine (SAXS), sünkrotronradiatsiooni fotoelektronmikroskoopia (SR-XPS), visko-elastiline spektroskoopia (OESV), röntkenkiirguse absorpstsioon, ja operando röntgenkiirguse difraktsioon. Teostatakse detailne poorsuse analüüs, kasutades erinevaid mudeleid ning N2, CO2, Ar ja Kr adsorptsiooni andmeid, aga ka SANS, SAXS, HR-TEM EELS/SAED, Raman ja OESV andmeid pooride kuju ja pinna keemilise koostise kohta. Koostatakse erinevad elektrilise kaksikkihi ja hübriidkondensaatorite ühikrakud, milles on kasutatud turbasüsinikku ning ioonsete vedelike segusid, ja testitakse neid ekstreemsete laadimisvoolude ja temperatuuri tsükleerimise tingimustes, jälgides neis toimuvaid elektrokeemilisi protsesse operando meetoditega.


Nanomaterjalide tehnoloogiate ja uuringute keskus (NAMUR+)

Vastutav täitja: kaasprofessor Vambola Kisand, füüsika instituut, Tartu Ülikool

Partner: prof. Enn Lust, füüsikaline keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti koduleht: https://sisu.ut.ee/namurplus/

Project information: ETIS

Teadustaristu „Nanomaterjalide tehnoloogiate ja uuringute keskus ( NAMUR+ )“ keskne eesmärk on pakkuda tipptasemel infrastruktuuri nanomaterjalide valmistamiseks, uurimiseks ja rakendamiseks ning koondada nii projekti partnerite poolt kasutatav kui ka hangitav ja täiendatav kõrgtehnoloogiline nanomaterjalide uurimisaparatuur atraktiivseks kombineeritud nanomaterjalide ja nano-ohutuse alaseks tõmbekeskuseks. Teadustaristu NAMUR+ põhineb TÜ, TalTechi ja KBFI materjali-, kõrgefektiivse energeetika- ja nanoturvalisuse teadusgruppide kompetentsil, on atraktiivne nende partneritele (ka erasektorile) ja võimaldab pakkuda teenustena maailma tipptasemel nanotehnoloogilisi ja nano-ohutuse alaseid uuringuid.


Uudsed väävlit taluvad elektroodid pööratava funktsionaalsusega tahkeoksiidelemendile (PRG551)

Image

Vastutav täitja: kaasprofessor Gunnar Nurk, füüsikaline keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

 

Pöörduvalt töötav tahkeoksiidelement on tehnoloogia, mis võimaldab suuremahuliseks energiasalvestamiseks vajalikku efektiivset keemilise- ja elektrienergia muundamist. Seni takistab selliste seadmete ulatuslikku rakendamist kõrge tootmishind ja piiratud vastupidavus. Käesoleva projekti eesmärk on välja töötada kõrge süsiniku- ning väävlitaluvusega elektroodid, mis võimaldaks näiteks bio- või põlevkivigaasi efektiivset kasutamist tahkeoksiidelemendi kütusena. Selleks sünteesitakse perovskiitsete keraamiliste segajuhtelektroodide pinnale Ni-Sn, Ni-Cu ja Ni-Mo metallpaaridel põhinevad katalüsaatorid. Katalüsaatorite pinna peendisainiks vajaliku informatsiooni saamiseks, s.t. töötava elektroodi pinna kristallograafilise struktuuri, keemilise koostise ja elektrokeemilise aktiivuse vaheliste seoste kaardistamiseks karakteriseeritakse elektroode uudse operando röntgen-fotoelektronspektroskoopilise ja - difraktsioonilise meetodiga.


 

Uudsete molekulaartehnoloogia mudelpindade analüüs

Image

Vastutav täitja: teadur Piret Pikma, füüsikaline keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Tänapäeva teaduses on olulised teemad molekulaartehnoloogia ja energia salvestamine. Elektroonika tootjad üritavad valmistada järjest väiksemaid ja kõrgemate tehniliste näitajatega mobiiltelefone, arvuteid jmt seadmeid. Üks meetod selle saavutamiseks on väiksemate ja võimsamate elektrooniliste komponentide arendamine, mis oleksid suurema mäluga. Siin tulebki mängu molekulaarelektroonika- kui transistori suurust saaks kahandada ühe molekulini, siis oleks võimalik ruutsentimeetrisele kiibile salvestada kuni miljon korda rohkem infot kui praegu. Käesoleva uurimustöö eesmärgiks on uurida võimalust kasutada väärismetallide asemel kaadmium-nikkel patareidest eraldatud kaadmiumi ja nikli taaskasutamist molekulaartehnoloogia mudelpinnana rakendades selleks kombineeritult skaneeriva tunnelmikroskoopia ja elektrokeemia mõõtetehnikaid. Seega leides säästlikuma alternatiivi nii finantsilises kui ka keskkonnasäästlikkuse mõistes.


Vaata füüsikalise ja rakenduselektrokeemia teisi uurimissuundi:

G. Nurk. O. Korjus, M. Maide jt  
Füüsikalise keemia õppetool

Image

Tuule- ja päikeseelektri ülejääkide salvestamiseks intensiivse tootlusega ajal on kõige otstarbekam elekter salvestada vee elektrolüüsil saadava vesinikuna, kuna patareide maksumused 1 MWh salvestusmahtuvuse kohta on 2-4 korda kõrgemad kui vesiniku salvestamisel. TÜ füüsikalise keemia õppetool  arendab koostöös Eesti firmaga H2Electro uut tüüpi kõrgtemperatuurset tahkeoksiidsetel materjalidel põhinevat elektrolüüserit, mis peab muutma vesiniku hinna odavamaks, toodangu mahu suuremaks ning seeläbi muutma rohepöörde ökonoomsemaks. Nende uuringutega konkureerime, võib häbenemata öelda, maailma parimate teaduskeskustega. Kõrge temperatuur elektrolüüsil alandab vee lagundamise ülepinget ja seega suurendab vee lagundamise efektiivsust, mille tulemusena väheneb vesiniku maksumus tunduvalt.

Vee lagundamine elektrivoolu toimel algaineteks – hapnikuks ja vesinikuks – on kõigile tuttav protsess juba kooliajast, sest see elektrokeemia üks lihtsamaid protsesse avastati juba 222 aastat tagasi, aastal 1800.

Siiski, vesiniku kasutamine taastuveneetikas elektri salvestamiseks ja hiljem reservina kasutamiseks kas elektri taastootmiseks, transpordikütuseks kütuseelementidega sõidukites, metallide tootmises ja keemilises sünteesis (näiteks lämmastikväetiste tootmiseks) on saamas tõsiseltvõetavaks lahenduseks alles nüüd, kuna puudus vajadus suuremahuliste elektrienergia salvestite järele ning vesinikku kütusena kasutavad transpordivahendid olid kas kallid või mittetöökindlad. Eestis nüüd põhjalikult ette võetud vesinikutehnoloogia ühe põhisõlme: veest elektrivoolu toimel vesinikku (ja lisaks ka hapnikku) tootva elektrolüüsiseadme ehk elektrolüüseri arendamine. Tahkeoksiidseid materjale on võimalik kasutada ka sünteeskütusete reaktorite koostamiseks (CO2 ja veeaur sünteesgaasiks ja ka keskkonda saastavate gaaside, nagu NOx, SOx, VOC muundamiseks uuteks keemilisteks ühenditeks, näiteks lämmastikhappeks või väävelhappeks.

G. Nurk, I. Kivi, J. Nerut, R. Jäger, E. Lust
Füüsikalise keemia õppetool

Image

Taastuvenergeetika üheks oluliseks seadmeks on kütuseelement, mis toodab kütusest kõrge kasuteguriga samaaegselt nii elektrit kui ka soojust. Kütuseelemendi väljatöötamist alustati TÜ keemia instituudis 2001. a koostöös AS Elcogeniga. Hiljem lisandusid kõrgtemperatuursete kütuseelementide (SOFC) uuringutele ka madaltemperatuursete polümeermembraaniga kütuseelementide (PEMFC) alased uuringud. Momendil pööratakse erilist tähelepanu selliste kütuseelementide arendamiseks, kus saaks efektiivselt kasutada mõõdukalt puhastatud looduslikku gaasi või biogaasi ning ka alkohole ja teisi orgaanilisi ühendeid ning ammoniaaki. Selleks aktiveeritakse kütuseelementide anoodid kas täiskeraamiliste haruldaste muldmetallide kompleksoksiididega või haruldaste muldmetallide oksiididega, nt CeO2 ja Pr6O11. Mõlemad kütuselemendi tüübid on teinud läbi väga olulise arengu ja pälvinud olulist tähelepanu, sest madaltemperatuurse kütuselemendi abil pandi liikuma AuVeTech isesõitev auto (esimene isejuhtiv FC auto mudel maailmas) ja AS Elcogeni poolt välja arendatud SOFC on ELis toodetavatest SOFCdest kõrgeima võimsustihedusega ja võitis Euroopa Liidu 2019. a innovatsioonikonkursi peaauhinna. Haruldaste muldmetallide kompleksosiide arendatakse intensiivselt edasi tõstmaks nende kasutusvõimalusi erinevates kõrgtehnoloogilistes rakendustes.

R. Palm, K. Tuul, R. Härmas, M. Koppel jt.
Rakenduselektrokeemia õppetool

Vesiniku laialdasem kasutuselevõtt võimaldab energeetikas ellu viia rohepöörde ja olulisel määral loobuda fossiilkütustest. Selleks, et see realiseeruks, tuleb vähendada vesiniku salvestamiseks tehtavaid kulutusi. Vesinikku on võimalik salvestada rõhu all (kuni1050 bar, milleks kulub 22-25 % vesinikus olevast energiast), veeldatud kujul (milleks kulub 30-33 % energiast) kui ka salvetatuna  õhukesekihilistes süsinikmembraanides (energiakulu väike, kuid mahutavus ainult 3-3,5 massi%). Oluliselt sobivam meetod on salvestada vesinikku üliõhukestes kompleksmetallhüdriidides, mille adsorptsioonilist mahtuvust on võimalik kordades suurendada, võrreldes mikro-mesopoorsete süsinikmaterjalidega. Tänu mikro-meso-makropoorsetele hierarhilise struktuuriga süsinikkandjale ja üliõhukesele kompleksmetallhüdriidi kihile on vesiniku salvestamine ja vabanemine kiire ja toimub juba toatemperatuuril, mis annab võimaluse kasutada selliseid vesinikusalvesteid isegi ilma täiendavate soojusvahetiteta ka PEMFC autodel. Kuna tegemist on komplekshüdriidide üliõhukeste kihtidega, on selliste vesinikusalvestite kasutamine erinevatel sõidukitel väga väikese energiakuluga. Kõige suuremaks eeliseks on aga õnnetusjuhtumite korral täielik plahvatuskindlus, sest vesiniku vabanemine on ülimalt hästi kontrollitav ja ei ole võimalust plahvatusohtliku segu (nn paukgaas) moodustumiseks.

A. Jänes, T. Thomberg, O. Oll, T. Romann, E. Lust jt
Rakenduselektrokeemia õppetool

Image

Süsinikmaterjalide uurimine nii vesi- kui ka mittevesilahustes algas TÜ keemia instituudis 1991. aastal. Erilise hoo sai superkondensaatoreite uurimine sisse 1997. aastal, mil Tartu Tehnoloogiad AS kutsus TÜ elektrokeemikud arendama mittevesilahusel töötavaid superkondensaatoreid. TÜ elektrokeemikud töötasid intensiivselt Tartu Tehnoloogias kuni 2005. aastani, kuigi episoodilised sidemed on toiminud ka hiljem. Nüüdseks on TÜKIs uuritud nii ülikallitest binaarsetest ja ternaarsetest karbiididest, aga ka aegunud glükoosilahustest, suhkrust ja Eesti hästilagunenud turbast toodetud mikro-meso-markropoorsete süsinike kasutusvõimalusi kõrge energia- ja võimsustihedusega superkondensaatorites. On tõestud, et kõrgeid võimsustihedusi on võimalik saada elektrolüütide ET3MeNBF4, ET4NBF4 jne lahustes atsetonitriilis ja ternaarsetes orgaaniliste karbonaatides ja nende segudes (propüleenkarbonaat, etüülmetüülkarbonaat, etüleenkarbonaat jne). Ioonsetel vedelikel baseeruvaid superkondensaatoreid asuti uurima 2008. aastal ja leiti, et ioonsete vedelike kasutamine elektrolüütidena tõstab küll energiatihedust, kuid vähendab mõnevõrra võimsustihedust. Kõige kõrgemaid võimsustihedusi on võimalik saavutada põhiliselt mesopoorsete süsinikelektroodidega superkondensaatoris, mida on elektrokeemiliselt kontrollitud faradireakstioonide tingimustes polariseeritud, et lahustada süsiniku pinnalt maha aktiivsed pinnaosad (st mittegrafitiseeritud amorfsed defektidega pinnaosad/tsentrid).Kui on vaja kindlasti vältida superkondensaatorite ja Na-ioon patareide üle laadimist ja vältida Li-ioon patareides ülekuumenemist, on võimalik elektrolüüti lisada kõrgetel potentsiaalidel elektrokeemiliselt polümeriseeruvaid lisandeid, mille tulemusena tekib elektroodile isolaarorikiht ja seega üle laadimist ja võimalikku kondensaatori plahvatust ei toimu. Selle kohta on välja antud USA, WO ja UK  patendid. ASis Tartu Tehnoloogiad kogutud teadmisetele on üles ehitatud rahvusvahelist tuntust kogunud Eesti firma Skeleton.

A. Jänes, J. Eskusson, O. Oll, T. Thomberg jt
Rakenduselektrokeemia õppetool

Hübriidkondensaatorid on süsteemid elektrienergia salvestamiseks, kus ühel elektroodil toimub traditsiooniline ioonide füüsikaline adsorptsioon ja teisel peaks toimuma ülikiire faradi laenguülekande protsess. Tegelikult puudub neil terav piir elektrilise kaksikkihi kondensaatorite ja patareidega, sest EDLCde üle polariseerimisel hakkab tavaliselt toimuma faradiprotsess.

Kuna osades faradiprotsessides on mahtuvused kordades suuremad kui EDLC laadimisel, siis püütaksegi kombineerida kahe-elektroodseid süsteeme, kus ühel näiteks negatiivsel elektroodil toimub Zn2+ ioonide redutseerumine Zn-ks. Tuntakse ka anioonide adsorptsioonist tingitud osalise laenguülekande protsessiga kaasnevat mahtuvuse olulist kasvu, seda eriti laengutiheduste alas, kus halogeniid- või mingid muud anioonid adsorbeeruvad ülitugevasti, nn spetsiifiliselt, loovutades osaliselt oma negatiivse laengu. Selliste kondensaatorite korral saavutatakse kuni 2,5-kordne energiatiheduse kasv väikestel võimsustihedustel, kuid selliste süsteemide võimsustihedused mõõdukatel energiatihedustel vähenevad, võrreldes tavaliste elektrilise kaksikkihi kondensaatoritega (isegi kuni 100 korda väiksem).

O. Korjus, A. Olgo, A. Jänes, J. Eskusson jt.
Rakenduselektrokeemia õppetool ja füüsikalise keemia õpptool

Image

Kuna TÜ keemia instituudis sünteesitakse väga erilisi süsinikmaterjale, mis on kas ülipoorsed, hästi suure mikropoorsusega või ülimalt mesopoorsed, siis loomulikult on vaja uurida neid materjale ja nende kasutusvõimalusi väga erinevates taastuvenergeetika seadmetes,  k.a  Li-ioon ja Na-ioon patareide elektroodidena. Li-ioon ja Na-ioon patareid võiksid saada väga olulise rakenduse just keskmise pikkusega (tunnid, päevad või isegi mõned kuud) taastuvenergeetika salvestusväljades, kui Li-ioon patareide hinda oleks võimalik 10 või rohkem korda alandada. Na-ioon patareid võiksid olla hästi odavad, kuid need on lõpuni välja arendamata. Instituudis läbi viidud süstemaatilise uurimistöö tulemusena leiti, et karbiididest sünteesitud süsinikud omavad suhteliselt madalaid salvestusmahtuvuse väärtusi (negatiivselt laetud elektrood kuni 150 mAh g-1, kui positiivselt laetud elektroodina kasutati 3-elektroodses süsteemis testimiseks metalset Li-elektroodi). Seega karbiididest sünteesitud süsinikud on liiga vähe grafitiseeritud ja ei sobi Li-ioon patareides ega hästi ka Na-ioon patareides kasutamiseks.

Glükoosilahusest sünteesitud süsinikud ning ka Eesti hästi lagunenud mudaturbast sünteesitud nn jäigad kuid väga nõrgalt grafitiseeritud süsinikud osutusid üliheadeks negatiivselt laetud elektroodide materjalideks Na-ioon patareides, kuna nende korral on mahtuvused 330-360 mAh kg-1 (testitud 3-elektrooses süsteemis Na-anoodi kasutades) on sama head kui Li-ioon patareide negatiivselt laetud grafiitelektroodi mahtuvus (320-380 mAh g-1). Kuna aga naatriumi  ennast ei soovitata kasutada laiatarbekaupades, siis on meie uuringud keskendunud suure mahtuvusega positiivselt laetud elektroodimaterjali sünteesimisele.

Lisaks sellele on võimalik uuringute tulemusena laiendada solventide valikut ja samuti solvendis kasutada odavamaid ja kõrgema lagunemise ülepingega elektrolüüte.

R. Kanarbik, P. Valk, E. Lust jt
Füüsikalise keemia õpptool

Image

Keemia instituudi eesmärgiks on reaalsetes oludes töötavad päikeenergia kogumise, salvestamise, vesiniku tootmise, salvestamise ja vesinikku kasutatavate seadmete ühildamine üheks taastuvenergia kompleksiks, mis oleks ühtlasi ka praktikabaasiks taastuvenergeetikat õppivatele bakalaureuse-, magistri- ja  doktorikraadi taotlejatele. Samuti on loodud täiendkoolituse kursus (3 EAP loenguid ja 3 EAP seminare (kokku 5 erinevat tööd).

Kompleksis sisalduvad 60 kW päikesepaneelid on kombineeritud superkondensaatorite ja pliiakumulaatoritega (salvestusmahtuvus ligi 600 Ah;24 patareid, mille ühe mahutavus on 208 Ah 10 tunnise tühjenemise ajal), 6.3 kW elektrolüüser, mis toodab 2 kg vesinikku  24 tunni jooksul, mis salvestatakse 12sse 50-liitrisesse ballooni rõhul 300 bar. Salvestatud vesinikku kasutatakse erinevate kütuseelementide ja sünteeskütuse sünteesi reaktorite, õhukesekihiliste süsinik/kompleksmetallhüdriid seadmete, aga ka fundamentaalse elektrokeemia sõlmprobleemide uurimiseks.

Kuna süsteem on näidanud ülimalt head PV elektri tootlust, on lähiajal plaanis PV välja võimsust tõsta kordades, lisades vähemalt 120-200 kW PV paneele. See eeldab samuti patareisalvestusploki kolmekordset mahtuvuse kasvu, mis võimaldab tõsta toodetava vesiniku koguse 8-le kg-le ööpäevas.

Toodetud vesinikku on kasutatud IseAuto varustamiseks vesinikkütusega ning samuti erinevate demolahenduste varustamiseks vesinikuga.

T. Thomberg, T. Romann, A. Lust jt
Rakenduselektrokeemia õppetool

Antud temaatika on TÜKIs uudne ja selliste materjalide arendustöö algas 2020. a. Töö tulemusena saadakse kas vaakumaurustamise meetodil näomaskile sadestatud Cu ja tema oksiidide, hõbeda nanoklastrite ja tema oksiidide ning Zn ja tema ühendite nanostruktuursed kiled, millel on sõltuvalt valmistamisviisist väga erineva aktiivsusega gripiviirusi või COVID-viirusi tapvad omadused.

Väga aktiivsed materjalid saadakse nn elektrospinnimise metodil, kus samaaegselt polümeeri lahusega surutakse alalisvoolu kõrgepinge välja orgaanilises solvendis lahustatud Cu, Ag ja Zn soolade lahused, mis kõrgepinge elektrivälja mõjul dissotiseeruvad ja katioonid sadenevad polümeeri nanokihtide pinnale või ka poorsete polümeeri nanokiudude sisemusse.

Kuna osa Cu, Ag ja Zn nanoklastreid või nende ühendite nanoklasterid on vangistatud nanostruktuurse kuid poorse polümeeri nanokiu sisemusse, on tegemist õhukeskkonnas väga stabiilse materjaliga, mida on võimalik kasutada pikka aega kriitiliselt tähtsate ruumide õhu viirustest puhastamiseks.

Vakuumis elertomagnetsadestatud nanostruktuursed Cu ja Cu(1) oksiidid ning ka Ag-ga aktiveeritud näomaskid on ohutult kasutatavad oluliselt pikemalt kui lihtsad näomaskid, mis vähendab väga oluliselt keskkonna reostamist näomaskidega ja ka õhufiltritega.

Keemilise füüsika õppetooli projektid

Süntees laetud tilkades

Image

Vastutav täitja:  prof. Peeter Burk, keemilise füüsika õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Uute ühendite süntees on oluliseks etapiks nii uute tehnoloogiate arengus kui ka meditsiinis. Kuigi uudsed katalüsaatorid on oluliselt avardanud orgaanilise sünteesi võimalusi, on mitmed reaktsioonid siiani probleemsed. Me pakume välja võimaluse avardada orgaanilise sünteesi võimalusi, viies reaktsioone läbi laetud tilkades. Laetud tilkadel on mitmeid omadusi, mis pole tavapärastes orgaanilise sünteesi keskkondades saavutatavad. Näiteks on laetud tilkades superhappeline või superaluseline keskkond, nad ei allu elektroneutraalsuse printsiibile ja võimaldavad protoneerida ka selliseid funktsionaalrühmi, mis on lahustes inertsed. Hiljuti on näidatud, et laetud tilkades kiireneb märkimisväärselt kovalentsete sidemete moodustumine. Selles projektis keskendume me uute reaktsiooniteede avastamisele ja suunamisele, et kiirendada probleemsete reaktsioonide läbiviimist ravimite sünteesil.


Nanoosakeste arvutuslik modelleerimine ja disain (EU H2020, CompSafeNano)

Vastutav täitja:  Kaido Tämm, keemilise füüsika õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Nanomaterjalid (NM) leiavad tänu oma unikaalsetele omadustele rakendust erinevates valdkondades, kuid arvestada tuleb ka nende mõju keskkonnale ja tervisele. Suure varieeruvuse tõttu vajab NM riskide hindamine uudseid ja täiustatud arvutuslikke meetodeid. CompSafeNano üldeesmärk on arendada uusi ja integreerida olemasolevaid nanoinformaatikamudeleid, mida saab kasutada erinevateks riskianalüüsideks.


Innovaatilised ja integreeritud nanoinformaatika mudelid ja moodulid (öko)toksikoloogiliste parameetrite ennustamiseks (EU H2020, NanoSolveIT)

Vastutav täitja:  Kaido Tämm, keemilise füüsika õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

NanoSolveIT aspires to introduce a groundbreaking in silico Integrated Approach to Testing and Assessment (IATA) of the environmental health and safety of Nanomaterials (NM) that will be implemented through a decision support system packaged as both a stand-alone open software and via a Cloud platform. NanoSolveIT will develop and deliver: (i) a reliable user friendly knowledge-based infrastructure for data hosting, sharing and exploitation, (ii) NM fingerprints, i.e., sets of nanodescriptors and properties that can be predictively linked to NM functionality, exposure and hazard thereby supporting NM grouping, safe-by-design (SbD) and regulatory risk assessment (RA), (iii) innovative methodologies for NMs predictive (eco)toxicology underpinned by artificial intelligence (AI) and state-of-the-art in silico techniques, and, (iv) integration with currently developing multi-scale modelling, RA and governance frameworks. NanoSolveIT will develop and deliver a validated, sustainable, multi-scale nanoinformatics IATA, tested and demonstrated at TLR6 to serve the needs of diverse stakeholders at each stage of the NMs value chain, for the assessment of adverse effects of NM on human health and the environment.


Uute ravimikandidaatide väljatöötamine Parkinsoni tõve raviks (GDNF Mimetics: From Hit to Lead)

Vastutav täitja:  Kaido Tämm, keemilise füüsika õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Hiljutised GDNF-i valgu-uuringud näitavad, et GDNF on esimene meetod, mis aitab aeglustada haiguse progresseerumist Parkinsoni tõve korral, samas kui olemasolevad Parkinsoni tõve ravimid ainult leevendavad sümptomeid ega suuda neurodegeneratsiooni ja haiguse progresseerumist aeglustada, peatada ega tagasi pöörata. Parkinsoni tõve ravi GDNF-iga pole optimaalne, kuna tegu on valguga, mis ei läbi vere-aju barjääri ning mida tuleb patsientide organismi viia ajukirurgia abil. Neid raskusi aitavad ületada Tartu Ülikooli ja AS GeneCode koostöös välja arendatud väikemolekulid, mis aktiveerivad GDNF-retseptoreid. Projekti eesmärk on leida juhtivühendid ning arendada neid ravimiarendusprotsessis edasi kuni uuringute all oleva uue ravimi staatuse saamiseni. Projekti toetab EAS 2 miljoni euro suuruse teadus- ja arendusstipendiumiga.

Image


EuroHPC kompetentsikeskus

Vastutav täitja: Ivar Koppel, arvutiteaduse instituut, Tartu Ülikool

Põhitäitja: Kaido Tämm, keemilise füüsika õppetool, Tartu Ülikool

Projekti koduleht

Projekti info: ETIS

EuroHPC tippkeskus. Eesmärgiks on HPC alaste kompetentside laiendamine, LUMI superarvuti kasutajaskonna kasvatamine ja ligipääsu tagamine kaasaegsetele arvutusressurssidele.


 

Kolloid- ja keskkonnakeemia õppetooli projektid

Efektiivsed katalüsaatormaterjalid elektrokeemilise energiatehnoloogia rakendusteks 

Image

Vastutav täitja: prof. Kaido Tammeveski, kolloid- ja keskkonnakeemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Tuleviku elektriline transport ja taastuvenergial põhinev majandus vajavad uusi kõrgtehnoloogilisi lahendusi energia muundamiseks ja salvestamiseks, millest perspektiivikaimad on kütuseelemendid ja metall-õhk patareid. Praegu kasutatakse neis hapniku elektrokeemilise redutseerumis- ja eraldumisreaktsiooni kiirendamiseks kalleid väärismetalle sisaldavaid katalüsaatoreid, mille asendamine mitte-väärismetallkatalüsaatoritega muudaks need seadmed odavamaks ja võimaldaks nende laialdasemat kasutuselevõttu. Projekti eesmärk on välja töötada uudseid lämmastikku ja siirdemetalle sisaldavaid süsiniknanomaterjalidel põhinevaid elektrokatalüsaatoreid madaltemperatuursete kütuseelementide ja metall-õhk patareide jaoks lähtudes odavatest materjalidest. Katalüsaatorite kõrge aktiivsuse ja stabiilsuse saavutamiseks leitakse korrelatsioone nende keemilise koostise, mikrostruktuuri ja elektrokatalüütiliste omaduste vahel ning optimeeritakse vastavalt sellele sünteesiprotseduuri.


Efektiivsete bifunktsionaalsete aatomdispergeeritud mitte-väärismetallkatalüsaatorite väljatöötamine hapniku redutseerumisreaktsiooni ja eraldumisreaktsiooni jaoks 

Vastutav täitja: prof. Kaido Tammeveski, kolloid- ja keskkonnakeemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Globaalsed kliimamuutused, mida põhjustab fossiilkütustel põhinevate tehnoloogiate kasutamine, nõuavad uudseid lahendusi puhtama energia tootmisel, milleks saab rakendada kütuseelemente ja metall-õhk patareisid. Plaatinal põhinevate katalüsaatorite puuduseks on Pt vähene levimus ja stabiilsusprobleemid, mis pärsivad laialdasi rakendusi. Seetõttu uuritakse alternatiivseid materjale, kuid praktilised rakendused on siiani suur väljakutse. Aatomdispergeeritud katalüsaatorid on võimalikuks asenduseks kallihinnalisele Pt-le. Süsinikmaterjalidele kantud aatomdispergeeritud siirdemetallidega kaasneb mitmeid efekte, mis võimaldab välja töötada uudseid katalüsaatoreid elektrokeemilise energia muundamise ja salvestamise seadmetele. Sünergeetilised efektid metalliaatomite ja katalüsaatorikandja vahel annavad võimaluse tõsta elektrokatalüütilist aktiivsust. Uued disaini ja sünteesi meetodid võimaldavad valmistada binaarseid aatomdispergeeritud katalüsaatoreid, millel on senistest paremad omadused.


 

Uudsetel metallorgaanilistel koordinatsioonivõrestikel põhinevad multifunktsionaalsed elektrokatalüsaatorid energia muundamiseks ja salvestamiseks

Vastutav täitja: kaasprofessor Nadežda Kongi, kolloid- ja keskkonnakeemia õppetool, Tartu Ülikool

Koduleht

Projekti info: ETIS

Projekti eesmärgiks on töötada välja uudseid elektrokatalüsaatormaterjale jätkusuutlikuks energia muundamiseks ja salvestamiseks. Minu töörühm hakkab disainima ja süstemaatiliselt uurima plaatinavabu elektrokatalüsaatormaterjale, mis baseeruvad metallorgaanilistel koordinatsioonivõrestikel (metal-organic coordination networks, MOCN). MOCN-del põhinevate elektrokatalüsaatorite valmistamisel tugineme teadmistepõhisele disainile, kuhu on haaratud kaasaegsed elektrokeemilised meetodid koos füüsikaliste pinnauuringutega ja teoreetiliste modelleerimismeetoditega. Katalüsaatormaterjalide aktiivseid tsentreid optimeeritakse, et saavutada nende multifunktsionaalsus ehk võime tõhusalt kiirendada mitut elektrokeemilist reaktsiooni (s.h. O2 redutseerumine, O2 ja H2 eraldumine). Efektiivsemad ning stabiilsemad elektrokatalüsaatorid läbivad praktilisi jõudlusteste reaalsetes energia muundamise ja salvestamise süsteemides.


Vaata kolloid- ja keskkonnakeemia teisi uurimissuundi:

K. Tammeveski
kolloid- ja keskkonnakeemia õppetool

Zn-õhk patareid ja kütuseelemendid on keskkonnasõbralikud seadmed kasvavale energiamuundamise tehnoloogiate vajadusele. Kallihinnalise Pt-katalüsaatori asemel on ZAB ja FC jaoks vaja alternatiivset katalüsaatormaterjali. Viimastel aastatel on palju uuritud polümeeridel põhinevaid mitte-väärismetallkatalüsaatoreid hapniku redutseerumisreaktsiooni elektrokatalüüsiks ZAB ja FC seadmetes. Seda tehakse tänu nende materjalide sobivatele omadustele nagu kõrge elektrokatalüütiline aktiivsus, pikaajaline stabiilsus ja madal hind.

Dr. Kaido Tammeveski töörühm Tartu Ülikoolis on seda teemat põhjalikult uurinud ning valmistanud erinevaid polümeeridel põhinevaid katalüsaatoreid, mis näitavad ka kõrget elektrokatalüütilist aktiivsust. Lisaks on meil varasem koostöökogemus prof Kurosch Rezwani töörühmaga Bremeni Ülikoolis. Koostöö raames ilmus 2019. aastal ühisartikkel, milles Bremeni Ülikoolis valmistatud keraamilisi polümeermaterjale uuriti hapniku redutseerumise katalüsaatoritena Tartu Ülikoolis eesmärgiga rakendada neid FC katoodil. Prof. Rezwani töörühmal on olemas vajalikud seadmed ja kogemused ZAB testimise jaoks, mida käesoleval ajal Tartu Ülikoolis veel ei tehta. Seetõttu annab käesolev projekt võimaluse Tartu Ülikooli teaduril testida oma katalüsaatoreid ZAB seadmes Bremeni Ülikoolis. Koostöö raames valmib saadud andmete põhjal ühisartikkel ning ZAB testimise tehnoloogia tuuakse ka Tartu Ülikooli.

Molekulaartehnoloogia õppetooli projektid

RNA-epigeneetiliste ensüümide terapeutilised ligandid

Vastutav täitja: emer. prof. Mati Karelson, molekulaartehnoloogia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Lepingulise töö eesmärgiks on identifitseerida ja iseloomustada suure afiinsusega RNA epigeneetiliselt modifitseerivate ensüümide ligande. Märklaud-ensüümideks on 1) m6A metülaasid (kirjutajad): METTL3, METTL14; m6A demetülaasid (kustutajad): FTO; m6A lugejad: YTHDC1. Ligandide identifitseerimine viiakse läbi suurte ühendite andmebaaside virtuaalse sõelumise teel, potentsiaalsed ligandid resünteesitakse ning iseloomustatakse edasiseteks bioloogilisteks katseteks.


 

Andmetepõhine keeruliste molekulaarsete keskkondade ja funktsionaalsete materjalide füüsikalis-keemiliste-bioloogiliste omaduste modelleerimine (PRG1509)

Vastutav täitja: kaasprofessor Uko Maran, molekulaartehnoloogia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Projekti motivatsioon ja eesmärk on parandada arusaamist molekulaarsetest vastasmõjudest ja mehhanismidest praktilist huvi pakkuvates keerulistes keskkondades ja funktsionaalsetes materjalides. See teostatakse andmepõhise modelleerimise ja molekulaardisaini abil, mis aitab selgitada uuritavaid füüsikalis-keemilisi-bioloogilisi protsesse ja nende mehhanisme molekulaarsel tasandil, mida muidu ei ole võimalik selgitada. See nõuab eksperimendi ja modelleerimise kooskõlalist lähenemist, mis võimaldaks arvutusmudelitest saada teadmisi molekulaarsetest vastasmõjudest ja mehhanismidest ning aitaks tuvastada nn varjatuid seoseid mõõdetud andmete ja keemilise struktuuri vahel. Kavandatud teadustöö näiteks lisab uusi andmeid ja mudelite abil avastatud teadmisi, et paremini mõista raviainete transporti erinevates keskkondades, või siis seda kuidas füüsikalis-keemilised interaktsioonid mõjutavad elektrolüütide käitumist nanopoorsetes süsinikmaterjalides, jne.


 

Kemikaalidest tulenevate riskide hindamise partnerlus (PARC)

Image

Vastutav täitja: kaasprofessor Uko Maran, molekulaartehnoloogia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Kemikaalidest tulenevate riskide hindamise partnerlus (PARC) eesmärk on stimuleerida teadusuuringuid ja innovatsiooni kemikaalide riski hindamise (RA) valdkonnas ühise teekaardi kaudu, mille koostavad riskihindajad ja riskijuhid, konsulteerides kõigi sidusrühmadega (akadeemilised ringkonnad, tööstus, ühendused ja teised), et võimaldada riskihindajatel ja riskide hindamisel vastata praegustele ja tulevastele väljakutsetele antud valdkonnas. Üldeesmärk on konsolideerida ja tugevdada ELi teadus- ja innovatsioonisuutlikkust kemikaalide riskide hindamisel, et kaitsta inimeste tervist ja keskkonda ning aidata kaasa mittetoksilisele keskkonnale ja ringmajandusele. Selle tegevuse üldeesmärk on edendada ja hõlbustada uue lähenemisviisi meetodite (NAM-de) regulatiivset aktsepteerimist ja praktilist kasutamist kemikaalide riskide hindamisel. Rõhk on pandud andmete kvaliteedile ning tegelikele olukordadele ja rakendusjuhtudel, millega riskihindajad kokku puutuvad, keerukate tegevusviiside ja/või sageli suurte teadmistelünkadega. Samuti keskendume andmeteaduste (st tehisintellekti (AI), masinõppe (ML) tehnoloogiate, otsustustoetussüsteemide (DSS)) integreerimisele ja kasutamisele regulatiivses rakenduses; samuti tõketele, võimalustele ja teguritele teadmistepõhiste/tõenduspõhiste riskihindamise raamistike jaoks mõeldud arvutipõhiste lähenemisviiside väljatöötamise, valideerimise ja rakendamise edu saavutamiseks. Lõppeesmärk on toetada järgmise põlvkonna riskihindamise (NGRA) meetodite ja vahendite kasutuselevõttu kõigis regulatiivsetes valdkondades.


Emakakaela vähi bioaktiivne keemiline ruum: keemiliste struktuurivõrgustike analüüs, arvutusmudelid mitmekülgsetele keemiliste ühendite andmeseeriatele ja uute bioaktiivsete struktuuride avastamine

Vastutav täitja: teadur Selma Zukićmolekulaartehnoloogia õppetool, Tartu Ülikool

Põhitäitja: kaasprofessor Uko Maran, molekulaartehnoloogia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Vähktõve puhul on emakakaelavähk üks vähktõvega seotud surmade peamisi põhjusi, mis mõjutavad naisi kogu maailmas. Antiproliferatiivse aktiivsuse mõõtmine emakakaelavähi HeLa rakuliini vastu muudab selle tulemusnäitaja peamiseks andmeallikaks antiproliferatiivse aktiivsuse modelleerimisel ja uute ühendite disainimisel. Selle projekti eesmärk on: (i) luua täielik ülevaade emakakaelavähi ja sellega seotud keemilise ruumi HeLa eksperimentaalsest mõõtmisest; (ii) uurida kogutud keemilises ruumis molekulide võrgustikke; (iii) analüüsida ja arendada masinõpe, tehisintellekti, jne. mudeleid kogutud antiproliferatiivse toimega ühendite suure ja mitmekesise andmekogumi jaoks; (iv) uurida ligandide ja valkue vahelisi molekulaarseid interaktsioone ja kirjeldada valgu aktiivsetes taskutes molekulaarseid interaktsioone; v) kasutada tuletatud mudeleid teadaolevate kemikaale proliferatsioonivastase toime järgi järjestamiseks; ja lõpuks eksperimentaalselt valideerida järjestuse tipus olevad molekulid.


Vaata molekulaartehnoloogia teisi uurimissuundi

Neuropsühhofarmakoloogia õppetooli projektid

Geeni ja keskkonna interaktsioonid noorte vaimse tervise kujunemises (Youth-GEMs)

Vastutav täitja: prof. Jaanur Harro, neuropsühhofarmakoloogia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Eesmärk on leida vaimsete häirete arengulised riskimarkerid, arvestades keskkondlikke, geneetilisi ja epigeneetilisi tegureid, et avastada võimalikult vara psüühikahäired. Noorte inimeste vaimse tervise probleemidel on pikaajaline negatiivne mõju Euroopa elanikele ja ühiskonnale. Vaimse tervise ja sellega seotud haiguste kulg kujuneb inimese elu jooksul geneetiliste, epigeneetiliste ja keskkonnariskide koosmõjul. Nimetatud seoste täpsemad mehhanismid on seni suuresti kirjeldamata. Oleme hiljuti teinud suuri edasiminekuid oluliste lahenduste suunas. Projekti eesmärgiks on vähendada Euroopa noorte vaimse tervise probleeme ja haiguseid järgmise 5-10 aasta vältel luues 1) maailma esimese tõenduspõhise teadmistepagasi, mis kirjeldab sünnijärgse areneva inimaju funktsionaalsest (epi)genoomikat seoses vaimse tervise trans-diagnostilisete arenguradadega ning milles on välja toodud uued riskimarkerid ning bioloogilised sihtmärgid, 2) usaldusväärsed ennustusmudelid, milles tuvastatakse suurte longituudsete üldpopulatsiooni andmestike põhjal (Euroopa, Suurbritannia, Austraalia ja USA) tehisintellekti ja järeldustele baseeruvate analüüsidega geeni-keskkonna interaktsioone, ning noorte inimeste vaimse tervise/vaimsete haiguste arengut mõjutatavaid markereid, 3) esimese kõikehõlmava, valideeritud hulga instrumente, millesse on kaasatud tõenduspõhised teadmised bioloogiast, sotsiaalteadustest ja psühholoogiast, millega on võimalik robustselt, kvantitatiivselt ja kliiniliselt hinnata 12-24. aastaste abi otsivate noorte vaimset tervist ning teha seda üle Euroopa ja Austraalia ning 4) instrumendid, mis aitavad noori inimesi ja arste varajase vaimse tervise ning selle haiguste avastamiseks ja nende kulu ennustamiseks. Meie multidistsiplinaarne konsortsiumil on võimekus teha läbimurdeid vaimse tervise haiguste ja kannatuste vähendamisel noortel ning suutlikus tõlgendada leiud kliinilise innovatsiooni tarbeks, mis toovad kaasa pikaajalisi mõjutusi Euroopas ja mujal.


Kohanemisstrateegiate neurobioloogilised alused: Haavatavuse ja patogeneesi vahekord ning selle tähendus käitumisajuteadustele ja täppismeditsiinile

Vastutav täitja: prof. Jaanur Harro, neuropsühhofarmakoloogia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Ajutegevuse kõrvalekalded põhjustavad ühiskonnale psühhiaatriliste häirete ja ohtlike käitumisviiside kaudu suurt kahju. Käesolev uuringuplaan arendab edasi täppismeditsiini põhimõtteid, selgitades välja eri kohanemisstrateegiate neurobioloogilisi aluseid, eristades seejuures käitumishäirete haavatavuse ja patogeneesi mehhanisme. Kasutame selleks innovaatilisi loomkatsemudeleid, inimrühmade esinduslikke longituuduuringuid ning multidistsiplinaarset komplekti nüüdisaegseist neurobioloogia ja andmeanalüüsi meetodeist. Meie uurimisrühma poolt hiljuti loodud uudsed innovaatilised sekkumismeetodid loomkatsemudelites ja inimkäitumise suunamisel on lähtekohaks mõistmaks haavatavuse, kohanemisstrateegiate ja sekkumisele tundlikkuse neurobioloogilisi aluseid. Eesmärgiks on luua uudne strateegia krooniliste, taastekkivate psühhiaatriliste häirete ravimiseks ja algoritmid personaalseks sekkumismeetodite valikuks, vähendamaks impulsiivsest käitumisest tulenevaid ebasoovitavaid tagajärgi.


Toitumise ja eluviisi mõju impulsiivsele, kompulsiivsele ja ekstrenaliseeritud käitumisele

Vastutav täitja: prof. Jaanur Harro, neuropsühhofarmakoloogia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Maladaptiivne impulsiivsus ja kompulsiivsus soodustavad antisotsiaalseid ja sõltuvussesattunud käitumisvalikuid. Tegurid, mis neid kalduvusi kujundavad, ei ole kuigi hästi teada, kuid toiduvalik, eluviis, sotsiaalmajanduslik seisund, sugu ja pärilikkus on kõik olulised. Käesoleva projekti eesmärkideks on (1) teha kindlaks tegurid toitumises ja eluviisis, mida saab ära kasutada ennetamaks kahjustavat impulsiivsust ja kompulsiivsust nii meestel kui naistel kogu elu vältel, (2) kirjeldada ekstreemsele käitumisele viivaid radasid koos põhjustega, ja (3) soodustada ühiskondlikke muutusi, mis vähendaksid maladaptiivse impulsiivsuse ja kompulsiivsuse kahjulikke mõjusid, levitades tõendustel põhinevat teavet tervistmõjustavast käitumisest peredele, klinitsistidele, otsustajatele ja kogu avalikkusele. Kasutame epidemioloogilisi meetodeid rakendatuna suurimatele asjakohastele andmestikele maailmas uurimaks seoseid toitumise aspektide ja eluviisi ning impulsiivsuse ja kompulsiivsuse vahel, ning seda, kuidas niisugused seosed alluvad vanuse, kultuuri, soo, sotsiaalmajandusliku seisundi ja geenide mõjule. Me hindame toitumisinterventsioonide mõju randomiseeritud kontrollitud uuringutes väga suure impulsiivsusega meestel ja naistel ning uurime kehalise aktiivsuse ja liikumisharrastuse kaitsvat mõju ja jälgime sekkumise mõju reaalajas. Uurime ka mikrobioomi, epigeneetika ja ajuvõrgustike vahendavat rolli.

Orgaanilise keemia õppetooli projektid

Retseptorpeptiidide sidumisomadused CoV2 viiruse S1 valgule

Image

Vastutav täitja: prof. Jaak Järv, orgaanilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Töös uuritakse varem loodud materjalide ja olemasoleva analüütilise seadme baasil sensorpeptiidide seostumist viiruse CoV2 S1 valguga. Töö tulemuseks on kokkuvõte sensorpeptiidide sidumisomadustest ning valiku teostamine edasisteks arendusteks viiruse määramise kiibi arenduseks. Töö tulemuste põhjal alustatakse järgnevat uurimisprojekti CoV2 viiruse testri loomiseks.


Ligniini keemilise ja ensümaatilise väärindamise tehnoloogiad: ligniinist ja sellest eraldatud fenoolsetest fragmentidest arendatavad tooted – materjalide sünteesiks kasutatavad algühendid, vaigud, liimid, õlid, plastikud, ehitusmaterjalid

Vastutav täitja: Siim Salmar, orgaanilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS

Üle 90 % puidus sisalduvast süsinikust on võimalik töödelda kõrge väärtusega kemikaalideks ja materjalideks. Käesoleva projekti raames uuritakse võimalusi, kuidas väärindada Eestis toodetud uudsete omadustega hüdrolüüsi-ligniini (HL) kõrgema väärtusega toodeteks, et pakkuda alternatiive fossiilset päritolu kemikaalidele ja materjalidele. Kaasatakse mittekonvensionaalseid keemilisi ja füüsikalisi meetodeid: ultraheli, voogkeemia, mehhanokeemia vesi ja puidust saadavaid solventide segusid HL-i lahustamiseks, fraktsioneerimiseks, depolümeerimiseks ja modifitseerimiseks. Lahustunud HL-I modifitseeritakse ka ensümaatiliste ja bioloogilisi meetoditega. Tegevuse tulemusel plaanitakse välja töötada protsessid polüuretaan- polüfenool- ligniin-polülaktiid- jm materjalide tootmiseks. Projekti peamiseks eesmärgiks on puidukeemia platvormi tehnoloogiaarenduse kõrval ka puiduväärindamisega seotud inimressursi ja kompetentsi kasvatamine ja otseste koostööprojektide väljaarendamine ettevõtetega.


Ligniini keemilise ja bioloogilise töötlemisega seotud uurimis- ja arendustöö

Vastutav täitja: prof. Mart Loog, tehnoloogiainstituut, Tartu Ülikoo

Põhitäitja: Siim Salmar, orgaanilise keemia õppetool, Tartu Ülikool

Projekti info: ETIS


Vaata orgaanilise keemia teisi uurimissuundi.

#instituudist #juhtimine

Juhtimine ja sekretariaat

Juhtimine ja sekretariaat
Jaga
14.12.2021