Aktuálne riešené projekty
- Aplikácia matematického modelovania vo výučbe predmetu „Prediktívna mikrobiológia a hodnotenie rizika“ (035STU-4/2021), Garant: doc. Ing. Pavel Ačai, PhD.
- Bioreaktorové inžinierstvo enzýmových oxidačných procesov (1/0515/22), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
- Experimentálne a matematické modelovanie dvojreaktorových membránových hybridných systémov pre výrobu chemických špecialít (1/0548/21), Garant: doc. Ing. Mário Mihaľ, PhD.
- Chemoenzymatická syntéza látok s farmaceutickýmpotenciálom: optimalizácia procesov produkcie fenyletanoidných glykozidov (APVV-18-0188), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
- Imobilizácia a koimobilizácia viabilných celobunkových biokatalyzátorov s enzýmovými kaskádami pre produkciu chemických špecialít, vývojmetód ich charakterizácie a bioreaktorové inžinierstvo (APVV-20-0272), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
- Nové chromatografické membránové adsorbenty: fyzikálnochemické a procesové charakteristiky a optimalizácia separácie vybraných terapeutických proteínov (APVV-20-0312), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
- Podpora využitia obnoviteľných zdrojov energie a budovanie kapacít v oblasti ochrany životného prostredia na Gruzínskej Technickej Univerzite (SAMRS/2022/GE/1/2), Garant: prof. Ing. Juma Haydary, PhD.
- Regenerácia iónových kvapalín používaných v separačných procesoch (APVV-18-0232), Garant: doc. Ing. Elena Graczová, CSc.
- Štúdium mechanizmu pohybu tau proteínu v CNS (APVV-21-0321), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
- Viacúrovňová intenzifikácia chemických procesov a priemyselných klastrov (APVV-18-0134), Garant: doc. Ing. Zuzana Labovská, PhD.
- Výroba plynu s parametrami kvality plynného paliva, splyňovaním tuhého odpadu a biomasy (APVV-19-0170), Garant: prof. Ing. Juma Haydary, PhD.
- Zelené inovácie v študentských záverečných prácach a semestrálnych projektoch (BIN SGS02_2021_001), Garant: prof. Ing. Juma Haydary, PhD.
- Zlepšenie vlastnej bezpečnosti pri návrhu výrobných procesov pomocou počítačovo podporovaného matematického modelovania (1/0511/21), Garant: prof. Ing. Ľudovít Jelemenský, DrSc.
Aplikácia matematického modelovania vo výučbe predmetu „Prediktívna mikrobiológia a hodnotenie rizika“ (035STU-4/2021), Garant: doc. Ing. Pavel Ačai, PhD.
Projekt je integrálnou súčasťou konceptu a praktickej realizácie výučby predmetu „Prediktívna mikrobiológia a hodnotenie rizika“ na Fakulte chemickej a potravinárskej technológie STU v Bratislave. Je zameraný na zvýšenie teoretickej aj praktickej odbornej úrovne študentov v inžinierskych študijných programoch: Výživa a hodnotenie kvality potravín (N436P2_4I), Potraviny, hygiena, kozmetika (N436P0_4I) a doktorandskom študijnom programe: Chémia a technológia požívatín (N400P6_4D). Dôležitým plánovaným výstupom projektu je aplikácia poznatkov pripravovanej vysokoškolskej učebnice „Prediktívna mikrobiológia a mikrobiologické hodnotenie rizika - Príklady a úlohy na riešenie praktických úloh zodpovedajúcim softvérovým vybavením v počítačovej miestnosti.
Bioreaktorové inžinierstvo enzýmových oxidačných procesov (1/0515/22), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
Tento projekt sa zameriava na vývoj trojfázových bioreaktorov pre produkciu laktónov pomocou imobilizovaných buniek s Bayer-Villigerovými monooxygenázami. Budú sa využívať celobunkové biokatalyzátory s exprimovanou cyklohexanónmonoxygenázou alebo enzýmovou kaskádou imobilizované v kapsuliach založených na polyelektrolytových komplexoch. Príprava imobilizovaných biokatalyzátorov bude optimalizovaná vzhľadom na ich produktivitu a operačnú stabilitu. Vyšetrovanie kinetiky reakcií katalyzovaných voľnými a imobilizovanými bunkami bude kľúčovou etapou pre optimalizáciu vyvíjaných bioprocesov. Ďalším dôležitým vyšetrovaným aspektom bude otrava buniek substrátmi a produktmi reakcie a prestup kyslíka v trojfázových systémoch. Experimenty v mechanicky a pneumaticky miešaných bioreaktoroch a matematické modelovanie produkcie laktónov v týchto zariadeniach budú základom pre úspešnú optimalizáciu a scale-up vyšetrovaných procesov.
Experimentálne a matematické modelovanie dvojreaktorových membránových hybridných systémov pre výrobu chemických špecialít (1/0548/21), Garant: doc. Ing. Mário Mihaľ, PhD.
Cieľom projektu bude matematicky modelovať a experimentálne overiť produkciu chemických špecialít silne inhibujúcich produkčný kmeň (2-fenyletanol, fenylacetaldehyd) v dvojreaktorovom membránovom hybridnom systéme tvorenom kombináciou dvoch bioreaktorov so samostatným produkčným kmeňom (reaktor s mechanickým miešaním, airlift reaktor) prepojených s membránovou separáciou (extrakcia cez membránu) slúžiacou na transport medziproduktu medzi bioreaktormi a na odťah inhibujúceho produktu.
Chemoenzymatická syntéza látok s farmaceutickýmpotenciálom: optimalizácia procesov produkcie fenyletanoidných glykozidov (APVV-18-0188), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
Fenyletanoidné glykozidy tvoria centrálne štruktúrne motívy viacerých zlúčenín s liečivým účinkom. Hlavným zámerom projektu je vyšetrovanie procesov chemo-enzymatickej produkcie málo preskúmaných fenyletanoidných zlúčenín, β-fruktofuranozidov a β-galaktopyranozidov tyrozolu a hydroxytyrozolu, ktoré môžu poskytnúť rad nových potenciálnych liečiv so zlepšenými alebo dokonca zmenenými aktivitami oproti doteraz známym látkam. Procesy, ktoré budú predmetom výskumu, zahŕňajú prípravu biokatalyzátorov, transglykozylačnú produkciu fenyletanoidných glykozidov a ich separácie z reakčnej zmesi. Bude sa vyšetrovať imobilizácia vybraných enzýmov, optimalizácia biokatalyzátorov a reakčných podmienok produkcie fenyletanoidných glykozidov vzhľadom na chemo- a regioselektivitu procesu, chromatografická separácia a purifikácia produktov so súčasnou regeneráciou substrátov (primárne tyrozolu a hydroxytyrozolu) a optimalizácia procesov v prietokovom bioreaktore vzhľadom na produktivitu a operačnú stabilitu. Zvolené metódy riešenia reflektujú moderné trendy vo výskume a vývoji syntetických liečiv. Farmaceutický priemysel masívne investuje do transformácie zo vsádzkových na kontinuálne procesy, čo stimuluje rozvoj novej oblasti výskumu nazývanej prietoková chémia. Výstupom projektu by mali byť aj procesovo-ekonomické analýzy realizovateľnosti výrob a dostatočné množstvá látok pre testovanie ich biologickej aktivity.
Imobilizácia a koimobilizácia viabilných celobunkových biokatalyzátorov s enzýmovými kaskádami pre produkciu chemických špecialít, vývojmetód ich charakterizácie a bioreaktorové inžinierstvo (APVV-20-0272), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
Vedeckou podstatou projektu je získanie nových poznatkov a vývoj metodík charakterizácie v rámci výskumu viabilných celobunkových imobilizovaných biokatalyzátorov na produkciu chemických špecialít. Imobilizácia a koimobilizácia rekombinantných buniek E. coli s koexprimovanými enzýmovými kaskádami ako aj jednotlivými enzýmami kaskád inovovanými postupmi, využitie vysokovýkonných imobilizačných zariadení, vývoj metodiky ich charakterizácie a využitie metód bioreaktorového inžinierstva má potenciál urýchliť vývoj imobilizovaných celobunkových kaskádových systémov. Tým by sa rozšírili možnosti vývoja priemyselných kaskádových biokatalyzátorov, využívajúcich výhody enzýmov zo skupiny Baeyer-Villigerových monooxygenáz, ktoré sa dosiaľ v priemysle neuplatnili. V spolupráci so špičkovými spoluriešiteľmi budú využité pokročilé postupy charakterizácie zmien fyziológie buniek, mikroštruktúry imobilizačných materiálov a optimalizácie biokatalytickej účinnosti imobilizovaných buniek. Súčasťou výskumu bude vývoj biosenzorov na báze nových nanomateriálov.
Nové chromatografické membránové adsorbenty: fyzikálnochemické a procesové charakteristiky a optimalizácia separácie vybraných terapeutických proteínov (APVV-20-0312), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
Podpora využitia obnoviteľných zdrojov energie a budovanie kapacít v oblasti ochrany životného prostredia na Gruzínskej Technickej Univerzite (SAMRS/2022/GE/1/2)
Regenerácia iónových kvapalín používaných v separačných procesoch (APVV-18-0232), Garant: doc. Ing. Elena Graczová, CSc.
Podávaný projekt je pokračovaním systematickej štúdie zameranej na modelovanie separácie azeotropických zmesí prostredníctvom extrakcie alebo extrakčnej destilácie v prítomnosti nového alternatívneho rozpúšťadla - iónovej kvapaliny. Použitie iónových kvapalín na separáciu azeotropických zmesí a zmesí zložiek s blízkymi bodmi varu sa javí veľmi sľubné. V prípade extrakčných procesoch, napr. pri separácii alkánov a aromátov, vďaka relatívne vysokej selektivite iónových kvapalín voči aromátom je možné použiť iónové kvapaliny aj pre delenie zmesí s obsahom aromátov nižším ako 20 %. Pri extrakčnej destilácii je využívaný fakt, že prítomnosť iónovej kvapaliny výrazne mení relatívnu prchavosť pôvodnej zmesi, t.j. menia sa podmienky separácie zložiek zmesi. Náhrada klasických prchavých rozpúšťadiel neprchavými iónovými kvapalinami by malo poskytnúť výhody, akými sú menej komplikovaný výrobný proces a omnoho jednoduchšia regenerácia rozpúšťadla. V rámci projektu bude riešená otázka regenerácie iónovej kvapaliny, ktorá je nevyhnutnou súčasťou kompletného separačného procesu. Projekt má predovšetkým experimentálny charakter. Testované budú rôzne separačné zariadenia (odparovače, destilačné kolóny,...). Výsledky experimentálnych meraní budú zapracované do simulačných výpočtov kompletného separačného procesu rôznych modelových azeotropických zmesí typu alkán – aromát, alkohol – voda, alkohol – ketón.
Štúdium mechanizmu pohybu tau proteínu v CNS (APVV-21-0321), Garant: prof. Ing. Milan Polakovič, CSc.
Abnormálna agregácia tau proteínu je charakteristickým znakom skupiny neurodegeneratívnych ochorení, ktoré sa označujú ako tauopatie. Prítomnosť tau proteínu v cerebrospinálnej tekutine ešte pred tým ako dôjde k progresívnemu odumieraniu neurónov naznačuje, že tau môže byť aktívne vylučovaný neurónovými bunkami do extracelulárneho priestoru (ECP). ECP je tesný priestor medzi bunkami ovplyvňujúci pohyb mnohých neuromodulátorov a veľkých molekúl. ECP zabezpečuje transport signálnych molekúl, odpadových produktov buniek a terapeutík. Avšak základné biofyzikálne mechanizmy, ktoré sprostredkúvajú transport molekúl cez ECP neboli doposiaľ popísané. Objasnenie uvedených mechanizmov je dôležité pre detailnejšie pochopenie pohybu a distribúcie biomedicínsky relevantných makromolekúl, akými je tau proteín. Štúdium pohybu tau v ECP a toho, ako môže byť transportovaný z mozgu cez hematoencefalickú bariéru do krvného riečiska, je jednou z dôležitejších oblastí štúdia neurodegeneratívnych ochorení. Cieľom predkladaného projektu bude pomocou moderných metód neurobiológie a analytických metód opísať a objasniť transport tau z centrálnej nervovej sústavy do periférneho prostredia. Nové poznatky by mohli v budúcnosti významne napomôcť pri vyvíjaní nových spoľahlivých diagnostických prístupov.
Viacúrovňová intenzifikácia chemických procesov a priemyselných klastrov (APVV-18-0134), Garant: doc. Ing. Zuzana Labovská, PhD.
Intenzifikácia procesov sa v súčasnosti považuje za jednu z najsľubnejších vývojových ciest a oblastí pokroku v oblasti moderného chemického inžinierstva. Nutnosť zamerania výskumu práve na intenzifikáciu procesov je v súčasnosti podmienená znižovaním dostupnosti neobnoviteľných surovín, rastúcimi cenami energií, vysokou cenou ľudskej práce, zvyšovaním dôrazu na bezpečnosť a nutnosťou znižovať environmentálnu záťaž. Avšak snaha o maximálnu efektivitu procesu v nejednom prípade vedie k nezlučiteľným rozporom medzi závermi materiálovo-energetickej optimalizácie a požiadavkami bezpečnostného auditu. Jedným z hlavných cieľov a prínosom projektu do problematiky intenzifikácie procesov je zohľadňovanie bezpečnostných dopadov optimalizácie materiálových, energetických vstupov a časovej optimalizácie procesov. Súbežná analýza bežne optimalizovaných parametrov a bezpečnostných parametrov by mala predchádzať zanášaniu nežiaducich rizík do výrobného procesu, príp. včasne upozorniť na potenciálne nebezpečné chovanie systému ako dôsledok zmeny prevádzkovania. Nami navrhovaná metodika viacúrovňovej optimalizácie zohľadňujúcej bezpečnostné dopady zmien optimalizovaných parametrov by sa dala rozdeliť do niekoľkých krokov: matematické modelovanie jednotkových operácií, verifikácia týchto modelov, kombinácia jednotkových operácií a ich prepojenie do konkrétneho optimalizovaného systému, definovanie ohraničení optimalizácie, definovanie účelových funkcií s ohľadom na špecifické potreby optimalizovaného systému, riešenie zostavených optimalizačných úloh pomocou matematických modelov s využitím vhodných numerických procedúr, sumarizácia a porovnanie riešení optimalizačných úloh, vyhodnotenie dopadov jednotlivých optimalizáciou získaných riešení na zvýšenie resp. zníženie bezpečnosti prevádzkovania systému.
Výroba plynu s parametrami kvality plynného paliva, splyňovaním tuhého odpadu a biomasy (APVV-19-0170), Garant: prof. Ing. Juma Haydary, PhD.
Splyňovaním odpadu na báze uhlíka môžeme vyrobiť plyn s obsahom H2, CO, CH4, CO2 a ľahkých uhľovodíkov. Tento plyn však obsahuje aj nežiaduce zložky ako napr. tuhé častice, dechty, zlúčeniny S, N a Cl a iné nečistoty. Na to, aby tento plyn mohol byť použitý ako palivo v spaľovacích motoroch alebo turbínach, musí splniť určité požiadavky na obsah znečisťujúcich látok. Tento projekt má za cieľ prispieť k hľadaniu odpovede na otázku, ako zo zmesových odpadov ekologickým spôsobom vyrobiť plyn s lepšími parametrami kvality, spĺňajúci požiadavky na plynné palivá. Projekt uvažuje s experimentálnym výskumom v laboratórnych podmienkach, matematickým modelovaním a počítačovou simuláciou procesov v priemyselnom meradle. Súčasťou riešenia projektu je aj technicko-ekonomická analýza variantov realizácie splyňovania v podmienkach samostatného podniku a v podmienkach integrácie splyňovacej jednotky do prostredia existujúcej rafinérie. Na splyňovanie zmesových odpadov a odpadovej biomasy v laboratórnych podmienkach sa bude používať dvojstupňové laboratórne splyňovacie zariadenie, vyvinuté v rámci nášho predchádzajúceho výskumu. Parametre kvality vyrobeného plynu sa dajú ovplyvniť jednak podmienkami v samotnom splyňovacom zariadení ako aj dodatočnými čistiacimi operáciami. V rámci tohto projektu sa budú skúmať vplyvy procesových parametrov v splyňovacích ako aj čistiacich stupňoch výroby na parametre kvality plynu.
Zelené inovácie v študentských záverečných prácach a semestrálnych projektoch (BIN SGS02_2021_001), Garant: prof. Ing. Juma Haydary, PhD.
Zlepšenie vlastnej bezpečnosti pri návrhu výrobných procesov pomocou počítačovo podporovaného matematického modelovania (1/0511/21), Garant: prof. Ing. Ľudovít Jelemenský, DrSc.
Chemická produkcia, najmä ak prebieha pri extrémnych podmienkach (vysoký tlak, teplota, toxické, horľavé, korozívne látky), nesie so sebou významné riziko vzniku závažnej priemyselnej havárie, a preto si vyžaduje detailnú analýzu podmienok vzniku všetkých potenciálnych nebezpečných situácii, čo je bez využitia softvérových nástrojov veľmi prácna a zdĺhavá úloha. V súčasnosti neexistuje jednotná, ucelená a prakticky aplikovateľná metodika, umožňujúca využitie softvérových nástrojov na automatickú identifikáciu nebezpečenstiev v „reálnom“ prostredí chemického priemyslu. Jeden z cieľov projektu je práve zadefinovanie novej metodiky na využívanie inteligentných (smart) softvérových nástrojov počas bezpečnostnej analýzy. Hlavné úlohy projektu budú orientované na zostrojenie prototypov softvérových nástrojov schopných využiť detailné matematické modely chemických jednotiek na automatickú – softvérovo riadenú identifikáciu nebezpečenstiev a vyšetrovanie komplexných ciest propagácie chýb v chemických procesoch.
