Laboratorij za vede o okolju in življenju

O laboratoriju

Laboratorij za vede o okolju in življenju (LELS) je bil ustanovljen leta 2017 z združitvijo Laboratorija za raziskave v okolju in Centra za biomedicinske znanosti in inženiring. LELS stremi k zagotavljanju pogojev za intenzivno sodelovanja med ekologi, ekotoksikologi, biokemiki, molekularnimi biologi, analitskimi in okoljskimi kemiki ter tehnologi. LELS goji temeljne in aplikativne raziskove na področjih razvoja naprednih visoko-občutljivih laserskih analitskih metod, diagnostičnih orodij v biomedicini, študija pretvorb in transporta polutantov v kopenskih in vodnih okoljih, pa vse do razvoja rekombinantnih protiteles, specifičnih za tumorske biomarkerje. Naše vrhunske raziskave dajejo nov vpogled v okoljske procese na različnih organizacijskih nivojih, od molekul, celic in organizmov, pa vse do kompleksnih ekosistemov. Hkrati pa nam omogočajo tudi poglobljeno raziskovanje interakcij med okoljskimi procesi in procesi v živih organizmih, vključno s človekom, s poudarkom na celičnih antioksidativnih procesih, antimikrobni aktivnosti, regulaciji znotrajceličnega transporta pri virusnih infekcijah in bolezenskih stanjih ter v diagnostiki in terapiji raka.

Področja

Temeljne raziskave

Na področju osnovnih raziskav je dejavnost laboratorija usmerjena v:

  • študij fotokemijske razgradnje različnih organskih polutantov v vodnem okolju in študij transporta polutantov
  • ugotavljanje strupenosti različnih organskih polutantov za izbrane netarčne organizme v vodnem in kopenskem okolju,
  • razvoj laserskih in bioanalitskih metod za ugotavljanje prisotnosti toksičnih snovi v okolju,
  • razvoj novih materialov za uporabo v okolju prijaznih tehnologijah.

Pri študiju fotokemijske razgradnje različnih polutantov (pesticidov, zdravil, sredstev za osebno nego ter njihovih razgradnih oz. pretvorbenih produktov) v okolju preučujemo in spremljamo spreminjanje koncentracij onesnažil, njihove možne pretvorbe ter identificiramo razgradne produkte v laboratorijskih razmerah s simulacijo svetlobe različnih intenzitet in valovnih dolžin. Prav tako spremljamo koncentracije onesnažil tudi pri njihovi uporabi na kmetijskih površinah, v bazenskih vodah ter širše v okolju. Z uporabo metod sledenja ugotavljamo prehajanje različnih onesnažil skozi zemeljske plasti ter prehajanja v podzemnih vodah.

Preučujemo strupenost različnih organskih polutantov (pesticidov, zdravil, sredstev za osebno nego) za izbrane netarčne organizme ( Vibrio Fi-scheri, Gammarus, Isopoda ) v vodnem in kopenskem okolju ter možnosti uporabe teh organizmov za ugotavljanje obremenjenosti okolja z omenjenimi spojinami. Vplive pesticidov na Isopode ugotavljamo na podlagi sprememb dejavnosti različnih encimov, kot sta acetilholinesteraza in glutation-Stransferaza, energijskih zalog (lipidi, glikogen) ter stopnja lipidne peroksidacije v preiskovanih osebkih. Ob tem preučujemo in spremljamo spreminjanje koncentracij in pretvorbe pesticidov in drugih onesnažil v laboratorijskih razmerah kot tudi pri njihovi uporabi na kmetijskih površinah ter širše v okolju. Raziskujemo tudi stabilnost izbranih UV filtrov v okolju. To so spojine, ki absorbirajo ultravijolično svetlobo in ki se vedno bolj uporabljajo za osebno nego, kar je posledica naraščajočega zavedanja o škodljivi izpostavljenosti soncu in posledično povečanega tveganja za obolevnost za kožnim rakom.

Med pomembnejše dosežke uvrščamo nove visoko občutljive laserske metode kemijske analize, ki smo jih razvili na osnovi termičnih leč (TLS), v kombinaciji z bioanalitskimi metodami (acetilholinesterazni, transglutaminazni in imunološki ELISA biosenzorji), pretočno injekcijsko analizo (FIA) v mikrofluidnih sistemih in metodami tekočinske kromatografije. Pri tem uporabljamo različne imobilizirane bio molekule, kot so na primer acetilholinesteraza, transglutaminaza ali imunoglobulinska protitelesa.

Razvijamo tudi tehniko mikroskopske TLS in tehniko optotermičnega odklona, s katero opravljamo meritve termičnih lastnosti nanostrukturiranih slojev polprevodnikov in fotokatalizatorjev.

Raziskujemo tudi možnosti uporabe širokospektralnih nekoherentnih izvirov svetlobe, s katerimi bi v razvitih analiznih tehnikah lahko nadomestili laserje. Ti sicer nudijo svetlobo večje intenzitete, kar omogoča večjo občutljivost meritev, a so omejeni običajno le na nekaj diskretnih valovnih dolžin. Zato smo razvili nove teoretične modele, ki opisujejo pojav mikroskopske termične leče ob vzbujanju z izvori svetlobe, ki nimajo gaussove radialne porazdelitve intenzitete. Kljub nizki moči vzbujevalne svetlobe (1 mW) je metoda desetkrat občutljivejša kot transmisijski način merjenja s spektrofotometrično metodo.

Poleg detekcije toksičnih snovi (organofosfatni in karbamatni pesticidi, kromat, nanodelci in ioni srebra, alergeni, biogeni amini, cianotoksini) uporabljamo omenjene metode za ugotavljanje navzočnosti biološko aktivnih snovi, kot so različni antioksidanti (karotenoidi, polifenoli in bilirubin). Karotenoidi so predmet naših meritev pri raziskavah razpada planktonskih celic pri cvetenju morja. Podobno z izkoriščanjem pigmentov kot sta alofikocianin in fikoeritrin, razvijamo metode za odkrivanje prisotnosti cianobakterij v sladkih vodah. Visoko občutljivo detekcijo bilirubina s tehniko TLS uporabljamo za študij transporta antioksidantov prek celične membrane in vloge transportnih proteinov pri tem.

Del dejavnosti laboratorija so tudi raziskave na področju sinteze fotokatalitsko aktivnih tankih plasti in prahov, ki jih uporabljamo za razgradnjo raznih organskih onesnažil v vodi in zraku ter kot samočistilne in antibakterijske površine. Glavna komponenta fotokatalitske oksidacije je fotokatalizator, ki je polprevodniški material. Fotokatalitska oksidacija organskih snovi z uporabo titanovega dioksida kot katalizatorja je bila kot napredna oksidacijska metoda predlagana pri dekontaminaciji vode in zraka. Pri tem spremljamo tudi nastajanje stranskih produktov s kromatografskimi in spektroskopskimi metodami. Laboratorij je opremljen z več fotoreaktorji različnih velikosti za tekočinsko in plinsko fotokatalizo, v katerih ovrednotimo sintetizirane materiale z vidika njihove učinkovitosti pri čiščenju vode in zraka ter razvijamo napredne metodologije za študij njihovega vpliva na preživelost mikroorganizmov. Učinkovitost fotokatalizatorja pri čiščenju vode lahko povečamo z ozonacijo, s čimer dosežemo sinergijski učinek. Med fotoreaktorji velja izpostaviti nedavno postavljen reaktorski sistem za plinsko fotokatalizo z možnostjo uporabe imobiliziranega katalizatorja ter z neposredno povezavo na GC-MS analizator, ki omogoča zanesljive in situ meritve fotokatalitske razgradnje modelne hlapne organske snovi, kot je npr. toluen v toku zraka.

Aplikativne raziskave

Na področju aplikativnih raziskav proučujemo predvsem možnosti za uporabo optotermične spektrometrije in bioanaliznih metod za uporabo v medicinski diagnostiki ter nadzor kakovosti in neoporečnosti živil. Pri tem uporabljamo novo razvite metode v hitrih presejalnih testih za določanje prisotnosti biogenih aminov, ki so pokazatelji slabih higienskih pogojev in procesov staranja v hrani, ali za detekcijo alergenov in pesticidov.

Drugo področje raziskav z veliko potencialno uporabnostjo so samočistilne površine. Pripravljamo stabilne koloidne raztopine za nanos prozornih TiO2-SiO2 nanostrukturiranih prevlek na steklu ali drugih anorganskih podlagah. Po odhlapitvi topil ostane na površini tanka plast samočistilne keramike. Organske nečistoče, kot so maščobe in saje, se zaradi aktivnosti katalitske tanke plasti pod sončno svetlobo razgradijo na ogljikov dioksid in vodo, medtem ko se anorganske nečistoče (npr. pesek) z lahkoto sperejo z dežjem na takšni površini. Tanka plast je v običajnih okoljskih pogojih stabilna več let. Pripravljamo tudi visokoučinkovite fotokatalitske prevleke na aluminijevih nosilcih za uporabo v pilotnih reaktorjih čiščenja vode. Izvajamo študije za konkretne naročnike, katerih namen je ugotoviti industrijsko uporabnost fotokatalitskih tehnologij za čiščenje vod in zraka.

Na področju družbenookoljskih raziskav preučujemo varstvo okolja iz sociološko-političnega vidika. Raziskave potekajo na tematskih sklopih ravnanja z odpadki, preučevanja ekosistemov, naravovarstva in ocenjevanja vplivov na okolje.