W listopadzie 2018, Narodowe Centrum Nauki przyznało dofinansowanie czterem projektom IPPT PAN:
I. OPUS 15 (projekty badawcze złożone w ramach tego systemu finansowania mogą obejmować zakup lub budowę aparatury badawczej).
- Projekt „Koordynacja wrodzonej odpowiedzi immunologicznej w zainfekowanej populacji komórek: eksperyment i modelowanie matematyczne”
Kierownikiem Projektu jest prof. dr hab. Tomasz Lipniacki.
Wrodzona odpowiedź immunologiczna tworzy pierwszą linię obrony przeciwko infekcjom. Umożliwia ona eliminację drobnoustrojów bądź spowolnienie przebiegu infekcji, dając w ten sposób czas na uruchomienie mechanizmów odporności nabytej. Często myślimy o naszej odporności dopiero podczas choroby, ale głównym zadaniem mechanizmów odporności wrodzonej jest zapobiegnięcie infekcji zanim stanie się zauważalna. Nasze płuca pozostają w ciągłym kontakcie z wirusami, a potencjalna choroba może rozwinąć się z zaledwie kilku zainfekowanych komórek. Takie komórki mogą podjąć próbę powstrzymania replikacji wirusowej, ale ważniejszym zadaniem jest wysłanie sygnałów o zagrożeniu do innych komórek. Komunikacja międzykomórkowa prowadzona jest za pomocą cytokin – białek wydzielanych przez komórki w celu uruchomienia określonych programów w komórkach sąsiadujących w tkance. Zaalarmowane cytokinami komórki reagują podwyższeniem poziomu licznych białek antywirusowych, stając się dzięki temu bardziej odporne na infekcję, ale w celu osiągnięcia tego ochronnego efektu, cytokiny muszą dotrzeć do komórek na kilka godzin przed namnażającym się wirusem.
Walka między mechanizmami odpowiedzi immunologicznej a rozprzestrzeniającym się wirusem powoduje wytworzenie się tymczasowych subpopulacji komórek: zainfekowanych/niezainfekowanych, wydzielających cytokiny lub nie, hamujących lub „zezwalających” na namnażanie wirusa. By umożliwić międzykomórkową komunikację za pomocą cytokin, konieczna jest działająca synteza białek; jednak aby zahamować wewnątrzkomórkową replikację wirusa, komórki muszą syntezę białek zahamować, degradując jednocześnie materiał genetyczny wirusa. W projekcie postaramy się znaleźć odpowiedź na pytanie w jaki sposób populacja komórek jest zdolna do pogodzenia tych dwóch sprzecznych programów działania.
Będziemy pracować z dwoma wirusami: wirusem grypy typu A oraz ludzkim wirusem syncytialnym układu oddechowego. Wirusy te są odpowiedzialne za zagrażające życiu schorzenia, takie jak zapalenie oskrzelików czy zapalenie płuc i stanowią jedną z głównych przyczyn zgonów wśród dzieci i osób starszych. W związku z tym, oba wirusy są obiektami intensywnych badań. Większość z tych badań była prowadzona na modelach zwierzęcych (co utrudnia analizę procesów wewnątrzkomórkowych) lub w niefizjologicznych warunkach podawania wysokich dawek wirusa, co prowadzi do szybkiego zakażenia większości komórek i uniemożliwia wykształcenie odpowiedzi odpornościowej na poziomie populacji komórek. Spodziewamy się, że nasze badania pomogą wyjaśnić mechanizmy wrodzonej odpowiedzi odpornościowej hamujące rozwój infekcji wirusowej.
- Projekt „Nowe metody obliczeniowe w modelowaniu ostrych i rozmytych powierzchni nieciągłości”
Kierownikiem Projektu jest prof. dr hab. Stanisław Stupkiewicz.
Powierzchnie nieciągłości, takie jak granice rozdziału faz w materiałach kompozytowych, granice ziaren, czy fronty przemiany fazowej, występują w praktycznie wszystkich materiałach i w zasadniczy sposób wpływają na ich właściwości. Tak więc odpowiednie modelowanie tego typu powierzchni, w tym ich dokładny opis w metodach obliczeniowych, stanowi niezwykle istotny element modelowania materiałów. Dodatkowo, przemianom fazowym może towarzyszyć ewolucja powierzchni nieciągłości, czyli ich nukleacja, propagacja i anihilacja. Ewolucja powierzchni nieciągłości jest źródłem wielu interesujących zjawisk, ale jednocześnie znacząco utrudnia modelowanie powierzchni i materiałów.
Głównym celem projektu jest opracowanie nowych metod obliczeniowych do modelowania ruchomych i nieruchomych powierzchni nieciągłości. W metodach obliczeniowych, na przykład w metodzie elementów skończonych (MES) stosowanej w niniejszym projekcie, wprowadzana jest dyskretyzacja, czyli podział obszaru na małe, regularne podobszary (elementy skończone w MES). Przedmiotem zainteresowania w projekcie jest szczególna klasa podejść, w których dyskretyzacja nie odzwierciedla geometrii powierzchni nieciągłości. Takie podejście ma istotne zalety, jednakże ma również zasadniczą wadę, gdyż wprowadza dodatkowy błąd aproksymacji. Szczegółowym celem projektu jest więc ograniczenie tego błędu przy zachowaniu zalet stosowanego podejścia.
Część zadań badawczych poświęcona będzie również analizie wybranych interesujących zagadnień z zakresu mechaniki materiałów i inżynierii materiałowej, w których ewolucja powierzchni nieciągłości odgrywa kluczową rolę. W tej części stosowane będą nowe metody obliczeniowe opracowane w ramach projektu. Pierwszym z analizowanych materiałów jest wykazujący efekty pamięci kształtu polikrystaliczny stop NiTi. Obserwacje doświadczalne wskazują, że martenzytyczna przemiana fazowa, która jest głównym mechanizmem odpowiedzialnym za funkcjonalne właściwości tego stopu z pamięcią kształtu, zachodzi często w sposób niejednorodny poprzez nukleację i propagację makroskopowych frontów przemiany fazowej. Badania będą nakierowane na analizę struktury tych frontów i mechanizmów odpowiedzialnych za niejednorodną deformację. Przedmiotem badań będą również metale i stopy, w szczególności stopy magnezu, w których jednym z mechanizmów deformacji plastycznej jest bliźniakowanie. Bliźniakowanie zachodzi poprzez nukleację i propagację powierzchni bliźniakowania. Mechanizmem, na który nakierowane będą modelowanie i analiza, jest bliźniakowanie odwrotne, a w szczególności mało rozpoznany mechanizm bliźniakowania pseudo-odwrotnego. Trzecią klasę materiałów stanowią struktury warstwowe w bateriach litowo-jonowych. Badania nakierowane będą na wieloskalowe modelowanie ewolucji uszkodzeń w tych strukturach wskutek obciążeń mechanicznych. Ten aspekt mechaniki baterii litowo-jonowych jest istotny w zagadnieniach bezpieczeństwa baterii stosowanych jako źródła energii w pojazdach elektrycznych. Nawet niewielkie przeciążenia, na przykład w wyniku zderzeń lub uderzeń przez inne obiekty, mogą prowadzić do wewnętrznych uszkodzeń w strukturze baterii, a w konsekwencji do spięcia elektrycznego i niebezpieczeństwa pożaru.
II. PRELUDIUM 15 (projekty dla naukowców przed doktoratem, rozpoczynających karierę naukową)
- Projekt „Termowrażliwe hydrożele napełniane bioaktywnymi nanowłóknami dla regeneracji tkanki nerwowej”
Kierownikiem Projektu jest mgr Beata Niemczyk.
Celem projektu jest wytworzenie inteligentnego wstrzykiwanego materiału dla potrzeb inżynierii tkankowej układu nerwowego. Stężenie składników i parametry procesowe powinny zapewnić takie właściwości finalnego materiału, które zapewniają jego wstrzykiwalność. Po wstrzyknięciu powinny również naśladować macierz zewnątrzkomórkowej układu nerwowego, która jest miękka i posiada trójwymiarową zorientowaną strukturę. Aby osiągnąć powyższe cele, zaproponowano układ hydrożelowy, którego głównym składnikiem jest wodny roztwór metylocelulozy, żelujący w pobliżu temperatury fizjologicznej. Kolejnym składnikiem hydrożelu jest wodny roztwór agarozy, który ma za zadanie polepszyć właściwości mechaniczne metylocelulozy i wpłynąć na kinetykę jej żelowania. Krótkie bioaktywne nanowłókna zostaną dodatkowo wprowadzone do hydrożelu, aby zapewnić zorientowaną strukturę i zachować wstrzykiwalność układu. W tym celu nanowłókna z poli-L-laktydu i lamininy zostaną otrzymane metodą elektroprzędzenia, a następnie rozdrobnione metodą ultradźwięków.
- Projekt „Opracowanie nowych metod pomiaru lepkości oraz napięcia międzyfazowego cieczy przy użyciu układów mikroprzepływowych”
Kierownikiem Projektu jest mgr Damian Zaremba.
Celem projektu jest zbadane zjawisk oraz wyjaśnienie podstawowych mechanizmów odpowiedzialnych za zachowanie cieczy w zamkniętych systemach mikroprzepływowych. Pozwoli to na opracowanie metod pomiarowych wykrywania drobnych zmian właściwości fizykochemicznych takich jak lepkość oraz napięcie międzyfazowe w niewielkich próbkach o objętości rzędu nano- i mikrolitrów. Opracowywane będą metody zarówno dla przepływów jednofazowych (lepkość) oraz dwufazowych (lepkość oraz napięcie międzyfazowe). Systemy wykorzystujące te metody będą miały zastosowanie przede wszystkim w budowie bardziej złożonych urządzeń mikroprzepływowych zwanych Lab-on-Chip wykorzystywanych do badań biochemicznych oraz przy badaniu płynów złożonych.