Fizikalna kemija

Program P1-0201 vključuje raziskave, ki s pomočjo kombinacije modernih eksperimentalnih in teoretičnih metod bogatijo osnovno in aplikativno znanje na področju fizikalne kemije, zlasti fizikalne kemije tekočin, raztopin ter koloidnih disperzij. Študij in poznavanje lastnosti tekočin in njihovih mešanic, zlasti pa vodnih raztopin hidrofobnih, polarnih in ionskih topljencev (od enostavnih elektrolitov do kompleksnih biopolimerov, kot so proteini in nukelinske kisline) je pomembno s stališča številnih tehnoloških, industrijskih ter farmacevtskih procesov, kakor tudi z vidika biokemijskih procesov, ki potekajo v živih organiznih. Glavnina naših raziskav je osredotočena na hidratacijo ter iono-specifične efekte v vodnih raztopinah. Voda je ključni akter pri številnih procesih, a njena vloga na mikroskopskem nivoju še vedno ni povsem razumljena. Voda je tudi ekološko topilo in zamenjuje organska topila povsod, kjer je to mogoče. (i) Razvijamo statistično-mehanske modele vode, ki omogočajo razumeti številne anomalne lastnosti vode, kakor tudi modele hidratacije hidrofobov in ionov. (ii) Eksperimentalno in teoretično proučujemo raztopine sintetičnih in naravnih polimerov ter zlasti polielektrolitov. (iii) Velik del raziskav posvečamo raztopinam surfaktantov in pojavom samourejenja v teh raztopinah (micelizacija, tvorba veziklov). (iv) Proučujemo fazno stabilnost formulacij proteinov (od globularnih do protiteles) ter vlogo sotopljencev pri teh procesih. Pozornost posvečamo tudi biomakromolekulam v utesnjenih okoljih. (v) Zanimajo nas termodinamske, kinetične in strukturne lastnosti regulacije modulov toksin-antitoksin ter nekanonične strukture nukleinskih kislin. (vi) Ukvarjamo se s kemoinformatiko, metodami molekulskega sidranja ter farmakofornim modeliranjem in razvojem programske opreme za distributivno računanje. Razvijamo teoretične pristope za opis in razlago izsledkov naših eksperimentalnih raziskav. Poglavitni cilj je razumevanje lastnosti snovi na molekularnem nivoju. Vsak od članov skupine odlično pozna svoje področje raziskovanja, obenem pa se naše znanje prekriva do te mere, da nam omogoča uspešno skupno delo ter s tem povečuje sinergijski učinek skupine.

Raziskave v okviru programa P1-0201 bodo z uporabo modernih eksperimentalnih in teoretičnih metod obogatile osnovna znanja na področju fizikalne kemije tekočin, raztopin in disperzij. Vodne raztopine elektrolitov in (bio)polielektrolitov imajo pomembno mesto v znanosti in tehnologiji. Ioni, tako preprosti kot kompleksni, sodelujejo v življenjsko pomembnih procesih živih organizmov. Voda igra pri tem vlogo, ki še zdaleč ni v celoti razumljena. Raziskave stabilnosti proteinov (tudi monoklonskih protiteles, ki predstavljajo sodobna biološka zdravila) v prisotnosti različnih aditivov, vezave ligandov na proteine in nukleinske kisline ter molekulsko modeliranje teh pojavov je pomembno v farmacevtski industriji, medicini in bioinženirstvu. Relevantnost tovrstnih raziskav za biomedicino se kaže tudi pri skupnem projektu "Solvation modelling for next-gen biomolecule simulations", ki smo ga pridobili skupaj s prof. dr. Ken A. Dilllom (Stony Brook University, ZDA), in ga financira National Institutes of Health (NIH). Nadalje ima poznavanje lastnosti vodnih raztopin polielektrolitov, koloidov, površinsko aktivnih snovi ter interakcij med njimi in površinami pomembno vlogo v ekologiji in industriji. Člani programske skupine svoje raziskovalne rezultate objavljamo v uglednih mednarodnih znanstvenih revijah, kot denimo: Chem. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nucleic Acids Res., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Phys. Chem. Chem. Phys., J. Phys. Chem. B/C, Soft Matter, Macromolecules, Langmuir, Biochemistry, Analytical Chemistry, Biophys. J., J. Mol. Biology, J. Mol. Liq, Curr. Opin. Colloid Interface Sci., Electrochim. Acta ter druge. Izsledke raziskav člani predstavljamo na številnih mednarodnih znanstvenih srečanjih ter mnogih tujih univerzah in inštitutih. Smo nosilci več bilateralnih projektov, ki spodbujajo mednarodne raziskave, ter udeleženi v mnogih COST akcijah. Svoje znanje prenašamo v industrijo ter tako pomagamo pri reševanju tehnoloških izzivov. Člana programske skupine sta člana uredniških odborov revij Journal of Molecular Liquids (Elsevier, prof. dr. M. Bešter Rogač) in Condensed Matter Physics (ICMP, Prof. Dr. V. Vlachy), članica pa je odgovorna urednica revije Acta Chimica Slovenica (prof. dr. K. Kogej). Člani pogosto delujemo kot gostujoči uredniki ali kot člani organizacijskih doborov domačih in mednarodnih konferenc.

Raziskovalci, ki sestavljajamo programsko skupino P1-0201, smo člani Katedre za fizikalno kemijo Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo (Univerza v Ljubljani). Sodelujemo pri izvedbi več kot 40 različnih predmetov s področja fizikalne kemije in sorodnih ved, ki jih letno obiskuje več kot 1300 študentov iz 6 različnih fakultet. Večino predmetov vključuje tudi laboratorijske vaje, saj je kemija eksperimentalna veda. Pedagoškemu delu člani katedre posvečamo veliko pozornosti ter v svoja predavanja vključujemo izsledke svojih raziskav. Ob raziskavah se profesor s svojimi sodelavci uči in to znanje posreduje študentom. Brez dobrih učiteljev ni dobre šole, brez raziskav pa ni dobrih učiteljev. Člani skupine smo za svoje pedagoško delo pogosto nagrajeni s strani študentov (nagrada za najboljšega učitelja leta). Vodili smo številne projekte ŠIPK in PKP, kar nam omogoča integriranje raziskovalnega dela in stika z industrijo v sam proces šolanja. Programska skupina sodeluje z industrijo. Pri tem tesno sodelujemo z našimi bivšimi študenti, predvsem z doktorji znanosti, ki so zaposleni v teh podjetjih. Skupina na ta način poglablja teoretična in eksperimentalna znanja s področja fizikalne kemije ter jih prenaša na do- in podiplomske študente in v industrijsko prakso. Raziskovalci prispevamo k utrjevanju nacionalne identitete in kulturne dediščine tudi s povečevanjem prepoznavnosti Slovenije v svetu. Eden izmed načinov je, da smo mentorji dijakom, ki zelo uspešno sodelujejo na mednarodni kemijski olimpijadi (IChO). Sodelujemo tudi pri izvajanju mednarodnega magistrskega študijskega program kemija 2. stopnje v sodelovanju z Univerzo v Strasbourgu, Francija, v programu za pridobitev dvojne diplome. Tudi članki, objavljeni v uglednih znanstvenih revijah ter predavanja na konferencah in tujih univerzah (inštitutih), povečujejo ugled Republike Slovenije v svetu.