Oblasti
istraživanja

Istraživanja grupe za Heterogenu katalizu CKHI su usmerena na razvoj novih katalizatora za hidrogenizaciju biljnih ulja, proizvodnju biodizela transesterifikacijom, fotokatalitičko dobijanje vodonika, oksidativnu i fotokatalitičku degradaciju zagađujućih materija u vodi i izradu senzornih materijala za detekciju organskih jedinjenja u biološkim tečnostima.

Novi postupci dobijanja katalizatora za proizvodnju biodizela zasnovani su na valorizaciji čvrstih otpadnih materijala nastalih u termoenergetskim sistemima (elektrofilterski leteći pepeo) i u domaćinstvu (pepeo iz kotlova, ostaci hrane, poljoprivredni ostaci). Postupci su usmereni na dobijanje zeolitnih materijala koji ispunjavaju uslove dobrih katalitičkih nosača i dizajniranje katalizatora koji će biti aktivni i otporni čak kod primene otpadnih sirovina (višestruko korišćena restoranska i otpadna ulja) u dobijanju biodizela novijih generacija. Testiranje katalizatora se sprovodi kako u šaržnim, tako i u kontinualnim reaktorskim sistemima. Posebna pažnja posvećena je izučavanju heterogeno katalizovane traneseterifikacije u mikroreaktorskim sistemima, gde se reaktorski sistemi projektuju tako da se obezbedi neometan prenos mase i toplote.

Osnovni fokus istraživanja u ovoj oblasti je ispitivanje biogeohemijskih procesa koji se dešavaju na površini i u dubljim slojevima Zemljine kore koristeći različite geohemijske analize. Terenski, eksperimentalni i laboratorijski rad u cilju utvrđivanje stanja u raznim segmentima životne sredine, između ostalog proučavanje porekla, puteva distribucije, biorazgradnja i bioakumulacija zagađujućih supstanci, određivanje osetljivosti terena na promene u životnoj sredini, prevencija degradacionih procesa, aktuelne klimatske promene, rizici po životnu sredinu i zdravlje ljudi, određivanje ekosistemskih usluga i predlaganje prirodom inspirisanih rešenja, samo su neke od tema kojima se naša grupa bavi. Istraživači imaju dugogodišnje iskustvo u ispitivanju različitih uzoraka, prvenstveno sedimentnih stena različite geološke starosti, sirovih nafti, ugljeva, uljnih šejlova, zemljišta, arheoloških uzoraka i artefakata, karakterizaciji proizvoda pirolize i mogućnosti korišćenja biougljeva. Ovakav sveobuhvatan i multidisciplinarni pristup doprinosi boljem razumevanju fizičkih, hemijskih i bioloških procesa u životnoj sredini i njenoj zaštiti i očuvanju.

Istraživanja u okviru ove oblasti obuhvataju:

• rad na izolovanju i karakterizaciji specijalizovanih metabolita iz biljaka i gljiva primenom spektroskopskih i spektrometrijskih tehnika, kao i njihovu hemijsku modifikaciju u cilju dobijanja derivata sa boljim biološkim aktivnostima
• hemijsku karakterizaciju odbrambenih supstanci zglavkara (stonoge i insekti)
• metabolomičko ispitivanje biljaka i gljiva primenom multivarijacione analize spektralnih i hromatografskih podataka u cilju proučavanja uticaja metaboličkih varijacija (uzrokovanih bolestima, ekološkim ili genetskim promenama) na kompleksne biološke sisteme
• metabolomičko ispitivanje uzoraka krvi i tkiva pacijenata obolelih od psihijatrijskih oboljenja i kancera sa ciljem razvoja metoda za ranu dijagnostiku i praćenje dejstva medicinske terapije
• razvoj i unapređenje analitičkih metoda za identifikaciju i karakterizaciju toksičnih supstanci (dugotrajni organski zagađivači (POPs), hemijsko oružje, …)

Istraživanja u okviru ove oblasti obuhvataju: 

BIOINŽENJERING - Istraživanja kojima se naša grupa bavi usmerena su ka proteinskom inženjeringu hidrolaza, oksidoreduktaza i transferaza. Cilj modifikacija ovih pa i drugih enzima je upravo dobijanje varijanti koje će u odnosu na prirodni oblik enzima imati poboljšane osobine poput, povećane enzimske aktivnosti ili oksidativne stabilnosti, kao i temperaturne i pH stabilnosti, odnosno optimuma. Kako bismo postigli željene rezultate, pored proteinskog inženjeringa, razvoj high throughput eseja za selekciju dobijenih varijanti, predstavlja jedan od najzahtevnijih ali mozda i najinteresantnijih koraka, posebno ukoliko se radi na razvoju fluorescentnog eseja. Selekcijom i odabirom varijanti enzima sa željenim osobinama, pristupamo većoj produkciji enzima, potom njihovom prečišćavanju i karakterizaciji. 

EKSPERIMENTALNA BIOHEMIJA, ENZIMOLOGIJA I BIOTEHNOLOGIJA - istraživanja koja su direktno usmerena na primenu enzima u biotehnologiji, a sastoje se od produkcije enzima, prečišćavanja, karakterizacije i poboljšanja enzima tehnikama molekularne biologije, imobilizacijom i hemijskom modifikacijom. Razvijamo inovativna enzimska rešenja koja mogu da unaprede efikasno iskorišćavanje biomase i tako značajno doprinesu tranziciji u bio-zasnovanu ekonomiju nuđenjem tehnologija koje ne štete životnoj sredini, za dobijanje visokovrednih prehrambenih proizvoda, biogoriva, vrednih hemikalija i materijala iz biomase. Ispitujemo biološke aktivnosti malih organskih molekula i neorganskih kompleksa sa DNA i proteinima spektrofluorometrijskim i elektroforetskim metodama.

MIKROBIOLOŠKA HEMIJA I BIOTEHNOLOGIJA (GMBH) - izolovanje i karakterizacija mikroorganizama; produkcija i karakterizacija mikrobnih biološki aktivnih supstanci (antibiotici, polisaharidi, enzimi, biosurfaktanti); primena mikrobnih model sistema za ispitivanje redukcionog stresa; proučavanje dijetetskih proizvoda sa posebnim svojstvima u odnosu na bifidogeni efekat i antioksidativnu aktivnost; proučavanje i primena dejstva tionskih bakterija na sulfidne supstrate; biodegradacija i biotransformacija ugljovodonika nafte i halogenovanih organskih supstanci; razvoj novih tehnika bioremedijacije složenih smesa polutanata u vodi i sedimentu uz primenu biougljeva i mikrobnih gorivnih ćelija; primena bioremedijacije u cilju eliminacije opasnih toksičnih supstanci iz životne sredine; sudbina i ponašanje dugotrajnih organskih zagađujućih supstanci u životnoj sredini; instrumentalna analiza halogenovanih pesticida; ekotoksikologija (Aliivibrio fisheri, Daphnia magna), testovi biodegradabilnosti; razvoj novih materijala na bazi biopolimera za upotrebu u prehrambenoj industriji i zaštiti životne sredine. Više o nama:  https://www.mineravita.com/gmbh

Istraživači koji istraživanja realizuju u okviru oblasti organske, bioorganske i medicinske hemije bave se sintetičkim transformacijama prirodnih proizvoda (steroida, monosaharida, heterocikličnih jedinjenja i proteina) kao i dizajnom i sintezom biološki aktivnih supstanci (inhibitori quorum sensing-a i holinesteraza, dopaminergički i serotonergički ligandi, antimikrobna, antioksidativna i antikancerska jedinjenja, kompleksi prelaznih metala sa steroidima i peptidima, seskviterpenski hinoni i njihovi biomimetici); i razvojem metodologije sinteze složenih organskih jedinjenja, što uključuje hemi-, regio- i stereoselektivne reakcije i razvoj novih modernih katalitičkih metoda (organo- i fotoredoks kataliza, biokataliza i kataliza kompleksnim jedinjenjima) za potrebe sinteze biološki aktivnih jedinjenja i potrebe totalne i parcijalne sinteze prirodnih proizvoda;

Deo istraživanja je posvećen razvoju supramolekulske hemije steroida, peptida, fulerena i fulerenskih konjugata sa prirodnim i sintetičkim jedinjenjima; razvojem  i primenom mikrofluidne hemije i mikroreaktora  u razvoju fotoredoks sintetskih metoda; razvojem sintetičke metodologije na čvrstoj fazi za sintezu push-pull olefina i ispitivanje njihovih strukturnih, optičkih i bioloških osobina; određivanjem fizičko-hemijskih karakteristika biološki aktivnih prirodnih i sintetičkih jedinjenja; primenom hromatografskih metoda za određivanje lipofilnosti i QSAR analizom i korelacijom strukturnih deskriptora, retencije i lipofilnosti  sa biološkim aktivnostima primenom hemometrijskih metoda (PCA, PLS, MLR) i molekulskim modelovanjem.

>> Prezentacija

Osnovni cilj istraživanja u ovoj oblasti je razumevanje hemijskih problema pomoću modernih računarskih tehnika, racionalni dizajn i predikcija hemijskih sistema sa ciljanim osobinama – molekulski magneti, katalizatori, eksplozivi, lekovi, boje; supramolekulski pristup kristalnom pakovanju, njegova uloga u biološkom prepoznavanju i u vezivanju za sintetičke polimere; reakcioni mehanizami; računarska  spektroskopija; modelovanje neorganskih kompleksa, biomolekula (proteina i nukleinskih kiselina) i molekula od atmosferskog ili energetskog značaja raspršenih unutar poroznih materijala (MOF-ova); korelacija između elektrosnke strukture, (re)aktivnosti i osobina molekula; interpretacija eksperimenata. Koriste se kvantno-mehanički proračuni visokog nivoa, teorija funkcionala gustine, semiempirijske metode, molekulska dinamika, Monte Karlo simulacije, doking, pretraživanja baza podataka.

Osnovni cilj istraživanja u ovoj oblasti je racionalni dizajn, sinteza i razvoj novih multifunkcionalnih nano- i mikrokompozitnih materijala, funkcionalizovanih prirodnih i sintetičkih makromolekulskih materijala i koordinacionih jedinjenja, sa optimalnim strukturnim i funkcionalnim svojstvima, u cilju njihove uspešne primene u medicinske i tehnološke svrhe, kao elektrohemijski, optički i biološki aktivnih materijala.

Prioritetne oblasti istraživanja funkcije i aktivnosti navedenih materijala su: analitičke (elektrohemijska detekcija- senzori i biosenzori), katalitičke (fotohemijske i elektrodegradacione), u zaštiti životne sredine (za remedijaciju prirodnih i otpadnih voda), antimikrobne (baktericidne, anifugalne), farmakološke (biokompatibilnost, antikancerogeni lekovi, dostava lekova). Deo istraživanja je posvećen zaštiti ekosistema kroz ispitivanje efikasne kontrole uticaja prirodnih i antropogenih toksičnih i nutritivnih supstanci na lance ishrane (ekotoksikološki bioindikatori). Pažnja je takođe posvećena i razvoju novih oksidnih materijala, karakterističnih električnih, magnetnih i optoelektričnih svojstava, za primenu ovih sistema kao multiferoika i materijala za konverziju i skladištenje energije, bazirajući se na korelaciji između makroskopske aktivnosti i nanostrukture materijala.

Pored sinteze novih materijala i njihove primene u različite svrhe, deo istraživanja grupe će biti usmeren u pravcu razvoja novih bioloških indeksa zasnovanih na mikro- i makroalgama kao i novih, inovativnih metoda poput metabarkodinga, kojima će se značajno unaprediti monitoring prirodnih vodenih ekosistema (jezera i reka) i praćenje stanja njihovog biodiverziteta.

>> Prezentacija 

Osnovni cilj istraživanja u ovoj oblasti je optimizacija sinteze novih magnetičnih, nemagnetičnih i molekulski otisnutih polimernih sorbenata za uklanjanje/detekciju zagađujućih supstanci (joni plemenitih i teških metala, tekstilnih boja, radionuklida i organskih jedinjenja) iz realnih uzoraka otpadnih voda, kao i optimizacija disperzivne mikroekstrakcije na čvrstoj fazi primenom eksperimentalnog dizajna. Istraživanja obuhvataju i razvoj polimernih sorbenata i nanokompozita na bazi polimera za detekciju gasova, kao i analizu prirode vezivanja za aktivna mesta sorbenata kvantno-hemijskim modelovanjem. Poseban pravac istraživanja posvećen je ispitivanju fizičko-hemijskih svojstava polimernih sorbenata primenom tečne i inverzne gasne hromatografije.

Drugi deo istraživanja u ovoj oblasti se odnosi na sintezu i karakterizaciju linearnih, umreženih i vodorazredivih ekološki prihvatljivih poliuretana na bazi različitih makrodiola (siloksana, poli(etara), poli(estara) itd.), kao i na sintezu i karakterizaciju polimernih nanokompozita na bazi nemodifikovanih i površinski modifikovanih nanočestica Ag, TiO2, gline itd. i različitih polimernih matrica.

Rukovodilac:

Tim za hemiju životne sredine

• Dragana Đorđević
• Bojana Ostojić
• Dejan Opsenica
• Srđan Petrović
• Sanja Sakan
• Doktoranti: Aleksandra Mihajlidi – Zelić i Ana Pantelić

Tim za inženjering životne sredine

• Jasmina Stevanović
• Vladimir Panić
• Jasna Džunuzović
• Ljiljana Rožić
• Doktoranti: Olga Radulović, Marija Pantović, Marko Jonović, Mila Krstajić, Milana Zarić i Sanja Šešlija

Oblasti istraživanja Tima za hemiju životne sredine: proučavanje migracija, transformacija i interakcija polutanata u životnoj sredini (atmosferski aerosoli, zemljišta i rečni sedimenti) sa procenom rizika po živi svet; zagađujuće supstance u rečnim sedimentima i procena rizika po zagađenje površinskih voda od oslobađanja polutanata iz sedimenata u interakcijama voda-sediment i prognoza ponašanja i inteakcije polutanata sa ekosistemima; procena mutagenosti i potencijali prirodne biodegradacije polutanata u ekosistemima kvantno hemijskim metodama proračuna; rešenja za uklanjanje polutanata na izvorima emisija i mogućnosti iznalaženja novih postupaka merenja i praćenja sudbine polutanata u životnoj sredini; kombinovana eksperimentalna i teorijska ispitivanja uticaja promene procesnih parametara na strukturna i morfološka svojstva mezoporoznih novih materijala za fotokatalitičko uklanjanje organskih zagađivača iz vode.

Oblasti istraživanja Tim za inženjering životne sredine: postupci, procesi i projektovanje opreme za tretman otpadnih voda primenom električne struje; reciklaža istrošenih elektrodnih sistema; sinteze umreženih poliuretana za primenu u industriji premaza; primena zaštitnih premaza na bazi HRP-a i poli(dimetilsiloksana) doprinosi smanjenju količine otpada; razvijanje novih površinski modifikovanih nanočestica titan-dioksida primenom različitih vrsta modifikatora; sinteza nezasićenih poliestarskih ili alkidnih smola korišćenjem proizvoda dobijenih glikolizom otpadnog poli(etilen tereftalata); sinteza poljoprivrednih filmova iz prirodnih polimera i proizvodnja nezasićenih poliesterskih smola iz biomonomera.