Kutatócsoport vezetője: Dr. Szőri Milán, egyetemi tanár
Kutatócsoport leírása:
Számszerűen mérhető kémiai sajátságok matematikai modellek segítségével számíthatók is, adódik a kézenfekvő kérdés, miért számítsunk mérhető mennyiségeket? A jelen kísérleti technológiákkal sok esetben limitált a mérési kapacitás vagy csak nehezen, drágán szerezhető mennyiségi információ. A számítások eredményének ismeretében a kísérlettervezés racionalizálható, a drága mérések száma optimálható és a kísérleti kockázatok csökkenthetők. Prediktív modellszámításokkal egyúttal a vizsgált kémiai folyamatokhoz szerkezeti információt vagy szerkezetváltozást kapcsolhatunk, amik sok esetben a kísérlet során rögzített jelekből nem ismerhetők meg. A Számításos Kémia Kutatócsoportban három doktorandusz munkatárssal együtt ilyen modellszámításokat végzünk. A számítások általános műszere a számítógép és az általános mérési eszközök programokban kódolt a kvantumkémiai és molekulaszimulációs modellek.
Az alábbi fő területre fókuszáljuk kutatásainkat:
Az egyik kutatási irányunk a molekulák nagy pontosságú termokémiai leírása kvantumkémiai modellek segítségével. A molekulák gázfázisú képződéshőjét, égéshőjét, hőkapacitását tudjuk a kémiai pontossággal (≤ 1 kcal/mol) becsülni, ezáltal pótoljuk a vegyipar eljárások tervezéséhez és üzemeltetéséhez használt termokémiai csoportadditivitási-értékek. Másrészt a belsőégésű motorok már használt, illetve jövőbeli potenciális bioüzemanyag-komponenseinek pontos termokémiai előrejelzését végezzük. Ezen molekulák pirolízis és oxidációs elemi lépéseinek számításos kémiai modellezésével, a kinetikai modellek alkalmazásával a termékarányt és a hozzájuk tartozó abszolút sebességi állandókat meghatározzuk különböző hőmérsékleteken és nyomás-értékeken. Sok esetben a kísérletekben képződött intermedierekről nincs közvetlen kísérleti információ, viszont ezek fogják eldönteni a reakció elfolyását. Az általunk is használt kvantumkémiai modellek alkalmasak ezen részecskék meghatározására, és a tovább alakulásuk feltérképezésére.
Kidolgoztunk egy olyan számítási protokollt is, amely alkalmas nagyszámú – akár több százezer – különböző molekula termokémiai adatainak számítására adataik összegyűjtésére és adatbázisba rendezésére.
A határfelületi jelenségek közül kismolekulák adszorpciós tulajdonságait vizsgáljuk gőz/jég határfelületén. A Monte Carlo szimulációk alkalmasak az adszorpciós izotermák számítására különböző hőmérsékleteken. Az izoterma különböző relatív nyomás-értékeinél képesek vagyunk információt kapni az adszorpciós réteg szerkezeti, molekulaorientációs és energetikai viszonyairól, az adszorpciót befolyásoló tényezőkről.
Folyadékelegyek klasszikus molekuladinamikai szimulációja során elsősorban a folyadék/gőz határréteg szerkezetére és a molekulák közötti kölcsönhatásokra fókuszálunk, de végeztünk számításokat oldatszerkezetre vonatkozóan is. A klasszikus molekuladinamika szimuláció általánosan használható nem reaktív rendszerek esetében; például vizsgálunk karcinogén molekulák és a membrán kettősréteg közötti kölcsönhatásokat is.
Tématerületeink széles spektruma jól mutatja, hogy a kémiai számos területén szolgál értékes információval a számításos kémia.
Kutatócsoport vezetője: Dr. Vanyorek László, egyetemi docens
Kutatócsoport leírása:
A kutatócsoport fő profilja: nanoszerkezetű anyagok szintézise, tulajdonságaiknak feltérképezése, és azok ipari területen történő felhasználásukat célzó alapkutatások folytatása.
Az alábbi területre fókuszáljuk kutatásainkat:
A kutatómunka során olyan új katalizátorok fejlesztése történik, amelyek jól alkalmazhatók a régió vegyipari érdekeltségeinek profiljához köthető termékfejlesztési és termelési feladatok során. Eredményes fejlesztések folynak olyan katalizátor gyártási eljárások kidolgozására, amelyek sikeresen alkalmazhatók anilinszintézis, szén-dioxid hidrogénezés, valamint halogenát mentesítés során.
A kompozitanyagok előállításának célja, hogy olyan különleges tulajdonságokkal ruházzunk fel polimereket, amelyek a makroszkópikus mérettartományba sorolandó adalék anyagokkal nem kivitelezhetők. A nanoszerkezetű anyagok méretük és szerkezetük miatt számos olyan fizikai, valamint kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek gyökeresen különböznek ugyanazon anyagcsalád makroszkópikus méretű tagjainak jellemzőitől. A szén különböző, nanoszerkezetű módosulatainak felhasználásával vezetőképes kenőanyagok fejlesztését végzi a kutatócsoport. Polimer nanokompozitok előállítása további részét képezi a csoport kutatási tevékenységének. Nanorészecskék adalékolásával, olyan műanyagokat fejlesztünk, amelyek jól használhatók elektromágneses zavarcsökkentés (EMI) céljából. Szén nanocső tartalmú műanyagaink kimagasló mechanikai szilárdsággal rendelkeznek. Folyamatos fejlesztések történnek olyan receptúrák kidolgozása céljából, amelyek a nanotechnológia alkalmazásával olyan adalékanyagokat eredményeznek, amelyek felhasználásával antimikrobiális felületet biztosíthatunk különböző műanyagok esetében.
Jelen kutatási terület célja, olyan biológiailag aktív nanoszerkezetek kialakítása, amelyek jól alkalmazhatók a nanomedicina területén. Kombinálva azokat a megfelelő fehérjékkel, hozzájárulnak az oxidatív stressz csökkentéséhez. Az Alzheimer-kórt kiváltó egyik jelenség, az említett oxidatív stressz visszaszorítható szelén nanorészecskék alkalmazásával. Munkánk során szelén nanorészecskék előállításával foglalkozunk biokompatibilis diszperziós közegben, az így előállított készítmény alkalmas biológiai tesztekre.
Kutatócsoport vezetője: Dr. Mizsey Péter, Professor Emeritus
Kutatócsoport leírása:
Korunk környezetvédelmi kérdéseiben kiemelt helyen áll az antropogén eredetű szén-dioxid emissziójának csökkentése, hiszen ez a legnagyobb mértékben, az atmoszférában jelen lévő üvegházhatású gáz. Koncentrációja a földi levegőben folyamatosan nő, és jelenleg már a 410 ppm koncentráció felé tart.
A Miskolci Egyetem ezért 2018 januárjában megalapította „Környezetvédelmi Szén-dioxid Partnerség” nevű szakmai hálózatot, melynek célja, hogy a hazai nagyvállalatokkal karöltve, hatékonyan tudjanak a szén-dioxid emisszió csökkentésében fellépni és cselekedni úgy, hogy szem előtt tartják a megújuló energia és nyersanyag témaköröket is. A partnerségi hálózatban, melyet kutatócsoportunk vezetője koordinál, lehetőség nyílik az információk és szakmai hírek gyors cseréjére, hatékony partnerkapcsolat kiépítésére és az innovációs megoldások egyeztetésére.
Kutatócsoportunk kutatási témái szervesen illeszkednek a partnerségi hálózat célkitűzéseibe és viszont. A Kutatócsoport a Partnerséggel közösen vizsgálja:
Ez a három kihívás egyidejűleg is megoldható, ha a szén-dioxidot tekintjük a körforgásos gazdaság platform molekulájának. A szakmai munka azonban két szinten zajlik:
A technológiai szinten kidolgozzuk és egymáshoz illesztjük a szén-dioxid alapú körforgásos energiagazdaság hatékony elemeit, úgymint:
Kutatócsoport vezetője: Dr. Muránszky Gábor, egyetemi docens
Kutatócsoport leírása:
A Kémiai Intézet analitikai tevékenységi körébe természetesen beletartoznak a klasszikus és kis műszeres analitikai módszerek szerves és szervetlen komponensek meghatározására. A teljesség igénye nélkül említhetők a különböző természetes- és szenny-vízminták elemzések, folyadékok fajlagos elektromos vezetőképességének, pH-jának, összes sótartalmának, szervetlen és szerves komponenseinek azonosítása és meghatározása potenciometriás és pH-metriás eljárásokkal. Spektrofotometriás vizsgálatok egészítik ki az analitikai eljárásainkat szervetlen és szerves anyagok foszfát-, nitrát-, ammónia-, fenoltartalmának, meghatározására.
Különféle szilárd anyagok nedvesség-tartalma, izzítási vesztesége, hamutartalma, nem-illóanyag tartalma jelentősen meghatározza az energetikai felhasználhatóságot.
Elemanalitikai vizsgálatok:
Általános célú készülék. Segítségével tanulmányozhatók a különféle anyagok hevítése során lejátszódó folyamatok (tömeg-vesztés, exoterm, endoterm folyamatok, – fázisátalakulások, allotróp átalakulások stb.) a szobahőfoktól 1000 oC-ig terjedő tartományban.
Különféle (elsősorban zömmel szerves anyagból álló) minták C, H, N, S-tartalmának meghatározására szolgál.
Különféle minták, – szerves, szervetlen elemanalitikai vizsgálatára szolgál, kb. 65 elem határozható meg a segítségével. Legfőbb előnye a rendkívül jó kimutatási képesség. Alkalmazása csak akkor indokolt, ha a feladat nagyon jó kimutatási képességű módszert igényel és az adott feladat esetén az ICP sem rendelkezik ezzel.
Különféle minták (gyakorlatilag bármilyen minta) elemanalitikai vizsgálatára szolgál. Előnyei között meg kell említeni, hogy sok, kb. 75 elem akár egyidejű meghatározására alkalmas, a legtöbb esetben kiváló kimutatási képességgel, viszonylag kevés kémiai zavaró hatás nehezíti a minták vizsgálatát, és a mérendő elemek által kibocsátott fény intenzitása és az elem mintabeli koncentrációja között több nagyságrend tartományban lineáris vagy közel lineáris kapcsolat van.
Szerves vegyületek analitikai vizsgálatai:
A két fenti eljárást kapcsolva, de külön-külön is felhasználva szén nanocsövek vizsgálata, szerves vegyületek azonosítása (pl. ragasztóminták azonosságának vizsgálata, katalízis vizsgálatok). Különösen fontos a poliuretánokhoz kapcsolódó analitikai eljárások fejlesztése. Az FTIR készülékünk gáz, folyadék és szilárd minták vizsgálatára egyaránt alkalmas. Termograviméterrel kapcsolva a vizsgált anyag bomlása során keletkező gőz halmazállapotú komponensek, bomlástermékek vizsgálatára is alkalmas.
Termikusan stabil, elpárologtatható, szerves vegyületek elválasztása minőségi (tömegszelektív detektor) és mennyiségi meghatározása elsősorban ppm és ez alatti koncentrációkban jelenlévő komponensek vizsgálatára alkalmasak. Az egyik GC-MS készülékünk rendelkezik termál deszorberrel valamint kriofókuszáló egységgel, a készülékhez tartozó VOC-kamra segítségével lehetőség nyílik nagyobb méretű (műanyag) alkatrészek illékonyanyag tartalmának meghatározására.
Nehezen elpárologtatható, hőre érzékeny nagyobb molekulatömegű szerves vegyületek és szervetlen anionok meghatározására (ionkromatográfia) egyaránt alkalmazható. Környezeti és biológiai minták vizsgálatára egyaránt alkalmas. Jelenleg az intézetben egy HPLC- (UV-VIS, fluoreszcens, elektrokémiai és törésmutató detektorral) és egy UPLC-MS-készülék található. Felhasználás: koffein meghatározás, gyógyszerek és gyógyszermaradványok meghatározása vizekből. Ez utóbbi berendezés kínálta lehetőségek bemutatására Molekuláris Diagnosztikai Kutatócsoport tevékenységének ismertetésnél visszatérünk.
Kutatócsoport vezetője: Dr. Szőri-Dorogházi Emma, egyetemi docens
Kutatócsoport leírása:
Kutatócsoportunk fókuszában molekuláris és sejtbiológiai technikákban alkalmazható különböző összetételű mágneses nanorészecskék fejlesztése áll, amely során a tesztelt mágneses nanorészecskéket jellemezzük nukleinsavak reverzibilis felületi megkötődési hatékonyságával. Kiválasztva a legnagyobb hatékonysággal bíró nanorészecskéket, hozzájuk új nukleinsav izolálási protokollokat dolgozunk ki, és a tesztek során kinyert nukleinsavak minőségének ellenőrzését különböző PCR (polimeráz láncreakció) reakciókkal teszteljük. A különböző sejtekből való nukleinsav izolálási eljárásokra, olyan manuális protokollokat dolgozunk ki, melyek diagnosztikai célú, automatizálható nukleinsavizolációs eljárások alapjául fognak szolgálni. A minőségellenőrzéshez kapcsolódóan új típusú qPCR-ben (kvantitatív PCR) is alkalmazható fluoreszcens festékek alkalmazhatóságának tesztelését, hatékonyságuk meghatározását is elvégezzük.
Molekuláris biológiai feladatainkon túl a modern, új tulajdonságokkal rendelkező anyagfejlesztéséhez kapcsolódóan különböző toxicitási és mikrobiológiai vizsgálatokat is végzünk. A különböző anyagok toxicitásának vizsgálata sokszor új teszteljárások kidolgozását vagy a már meglévő vizsgálatoknak a tesztelendő anyagokra való adaptálását igényli. A csoportunk új anyagtípus specifikus teszteljárásokat dolgoz ki és validál. Az általunk eddig vizsgált anyagok közé tartoztak pl. különböző adalékanyagokkal ellátott nanorészecskék, kompozit poliuretánhabok, valamint növényi extraktum tartalmú szigetelőanyagok toxicitás vizsgálata is.
A fejlesztendő alapanyagoknál sok esetben azok valamely antimikrobiális tulajdonsága jelenti az újdonságot, mely új tulajdonságok megvalósulását kutatócsoportunk rutinszerűen vizsgálni tudja (pl. szennyvizek szűrésére fejlesztett különböző összetételű membránok, implantátum alapanyagnak szánt fémötvözetek, antimikrobiális hatású poliuretán habok vizsgálata).
Mikrobiológiai tevékenységünkhöz tartozik még különböző forrásból származó vizek (pl. ipari/vegyipari tevékenységből származó szürke vizek, természetes vizek) mikrobiológiai paraméterezése, ipari víztisztító berendezések hatékonyságának meghatározása is.
Emellett csoportunkban intenzív kutatás folyik különböző összetételű poliuretán kompozitok biodegradációs folyamatainak megismerésére is, ötvözve a hagyományos mikrobiológiai módszereket a bioinformatikai eszközök nyújtotta lehetőségekkel és a molekuláris klónozási és PCR technikák alkalmazásával. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy feltárjuk a szerves hulladékok biodegradációjában részt vevő mikroorganizmusok metagenomikai hátterét megkönnyítve a szerves hulladékok biológiai lebontásában résztvevő mikroorganizmusok beazonosítását. Ennek ismeretében a lebontási körülményeik hatékonyabbá tehetők. Munkánk ezen része pedig hozzájárul a fenntartható gazdaság és a hulladékkezelés területén tapasztalható kihívások megoldásához is.
Kutatócsoport vezetője: Dr. Fejes Zsolt, egyetemi docens
Kutatócsoport leírása:
A szerves kémiai kutatócsoport fő kutatási területe különböző funkciós csoportok katalitikus transzfer hidrogénezéssel történő redukciója, amely során a reakcióknak az alkalmazott katalizátortól és egyéb reakciókörülményektől függő hozamát, regio- és sztereoszelektivitását vizsgáljuk. A kutatás elválaszthatatlan része a katalizátorok előállítása, valamint szorosan kapcsolódik a reakciók kimenetelének vizsgálata révén a szerves analitika is.
Kutatócsoport vezetője: Dr. Váradi Csaba, egyetemi docens
Kutatócsoport leírása:
A glikoziláció a szintetizált fehérjék egy poszt-transzlációs módosítása, mely során monoszaharid egységekből álló cukorláncok enzimatikusan kapcsolódnak a meghatározott glikozilációs pontokhoz. A glikánok struktúrális heterogenitása változhat az egyes betegségekben. Ezen változások indikátorai lehetnek a sejtekben zajló biokémiai folyamatoknak, ezáltal a glikozilációs analízis komoly potenciállal bír a biomarker kutatás területén. A glikánok komplexitása azonban megköveteli olyan legfejlettebb műszeres analitikai technikák alkalmazását, mint a kapilláris elektroforézis (CE), illetve a magas nyomású folyadékkromatográfia (HPLC), mely technológiák alkalmazásával napjainkban már könnyedén elválaszthatók egymástól a fehérjékről leemésztett cukorstruktúrák. Az elválasztáson túl azonban egyre fontosabb a detektálás, mely esetében egyre inkább a tömegszelektív (MS) detektorok használata kerül előtérbe. A Kémia Intézetben felállt biológia csoport egyik profilját is a glikoziláció műszeres analitikai analízise teszi ki. A rendelkezésre álló Waters Acquity-SQD UPLC-MS egy rendkívül fejlett analitikai platform, mellyel könnyedén vizsgálható bármilyen komplex oligoszacharid. A magas szintű reprodukálhatóságnak köszönhetően akár több száz mintát vizsgálva is precíz, megbízható adatokat generálhatunk, lehetővé téve ezzel akár nagyobb betegpopulációk vérmintáinak analízisét. Számos daganat esetében csak képalkotó diagnosztikai módszerekkel, valamint biopsziával lehet megbizonyosodni a tumoros elváltozásról, ezért sürgető szükség van olyan vérből is kimutatható markerekre, melyek segítségével még időben felismerhető a kóros elváltozás. Erre alapozva terveink között szerepel a vérben található glikoproteinek glikozilációs vizsgálata különböző daganatos betegségekben különös tekintettel az egyes stádiumok közötti különbségekre, illetve ezek biomarkerként való hasznosítására.
Kutatócsoport vezetője: Dr. Fiser Béla, egyetemi docens
Kutatócsoport leírása:
Két kutatási egységben dolgozunk, a Számítógépes Molekuláris Tervezés (CoMoDe) Kutatócsoportban és a Poliuretán Kutató Laboratóriumban (PUR Lab). Mindkettő a Miskolci Egyetem Kémiai Intézetéhez és a Felsőoktatási és Ipari Együttműködési Központhoz tartozik.
– A CoMoDe egy interdiszciplináris kutatócsoport, amely a kémia, a fizika és a biológia határterületein dolgozik, és célja környezetbarát anyagok tervezése számítógépes kémiai módszerek segítségével.
– A PUR Lab együttműködik ipari partnerekkel (pl. MOL, Wanhua-BorsodChem), de tevékenységei túlmutatnak az ipari igényeken, és magukban foglalják az új poliuretánok fejlesztését (a számítógépes modellektől a szintézisig), a termékoptimalizálást, a szintetikus eljárások fejlesztését és finomítását, valamint a PUR-kémia területén végzett valamennyi alap- és célzott kutatást.
Íme néhány példa kutatás-fejlesztési tevékenységünk illusztrálására:
BrickoPlast
AgroPlast
