Żużle po procesach hutniczych z pozoru stanowią niewdzięczny temat badawczy – nie zawierają wyjątkowo cennych pierwiastków takich jak złoto, platyna lub ziemie rzadkie, przeważnie posiadają skrytokrystaliczną budowę, a z ich charakterystyki nie sposób odtworzyć historii Ziemi. Przy bliższym spojrzeniu okazuje się jednak, że stanowią one niemal niewyczerpalny materiał badawczy uwzględniający szereg aspektów: ze względu na unikatowy skład chemiczny i warunki krystalizacji stanowią one wielkoskalowy eksperyment geochemiczny i petrograficzny; w ich budowie odnaleźć można wyjątkowo rzadkie minerały; ich wietrzenie wpływa na otaczające środowisko – glebę, wodę oraz materię organiczną, a na ich bazie możliwe jest odtworzenie przebiegu historycznego procesu wytopu.

Porównanie składu fazowego oryginalnych żużli hutniczych oraz ich syntetycznych odpowiedników po eksperymentach wysokotemperaturowych z kontrolowanym czasem chłodzenia. I tutaj pojawia się problem temperatury krystalizacji żużli. Jest ona tak istotnym czynnikiem, że bez jej precyzyjnego określenia ciężko mówić o pełnym opisie tego materiału. Wpływa ona na jego parametry fizyczne, skład fazowy, skład chemiczny, oraz specjację pierwiastków pomiędzy poszczególnymi fazami. Bez określenia temperatury stopu nie jest możliwy pełny opis reakcji w nim zachodzących zarówno pomiędzy fazami i stopem, jak i rozdziału pierwiastków między stop i ciała stałe. Również odtworzenie historycznego procesu hutniczego bez określenia tego czynnika może być pozbawione podstaw merytorycznych. Dlatego tak kluczowe jest opracowanie możliwie precyzyjnej i dokładnej metody jej wyznaczania. Dotychczas popularnie stosowane techniki mają tendencję do zawyżania uzyskiwanych wyników ze względu na skomplikowany skład żużla, bądź posiadają istotne ograniczenia, często w praktyce uniemożliwiające ich zastosowanie.

Podejście eksperymentalne jest odpowiedzią na te ograniczenia i z założenia umożliwi ono najdokładniejsze przybliżenie temperatury krystalizacji żużli. Podejście to opiera się na wieloczynnikowej analizie podobieństwa pomiędzy żużlami eksperymentalnie wytworzonymi w piecu a tymi pobranymi ze składowiska. Analiza uwzględnia procentowy skład fazowy żużli, cechy morfologiczne kryształów, specjację pierwiastków pomiędzy fazami oraz szkliwem. Poprzez odpowiednie programowanie pracy pieca możliwe jest nie tylko ogrzanie stopu do blisko 1600°C, ale również symulowanie różnych warunków składowania – szybkie, powolne bądź mieszane chłodzenie stopu.

Warto również podkreślić, że opracowywana metodyka nie odnosi się jedynie do żużli. Z powodzeniem można ją również stosować do naturalnych skał krystalizujących w warunkach wysokich temperatur i niskich ciśnień, czyli większości skał wulkanicznych.

Zastosowanie podejścia eksperymentalnego pozwoliło na precyzyjną, jakościową i ilościową rekonstrukcję powstawania paragenez opartych o melilit, pseudowollastonit/wollastonit, plagioklaz i szkło w badanych żużlach. Analizy porównawcze warunków temperaturowych, składu fazowego i chemicznego oraz chemii minerałów dowodzą, że dane uzyskane dla żużli dobrze korespondują ze skałami naturalnymi w szczególności melilitolitami z Colle Fabbri (Włochy). Przeprowadzone eksperymenty doprowadziły nas do uzyskania kluczowych informacji na temat procesu krystalizacji - stwierdzono, że w przypadku badanego materiału krystalizacja rozpoczęła się w zakresie temperatur 1250-1300°C, a gradient termiczny tylko częściowo wpłynął na różnicowanie faz, a istotnie na zanik pierwotnego szkła. Jednocześnie mniej niż 84 h wystarczy, aby rozwinąć zróżnicowany zespół mineralny z kryształami o wielkości do kilku mm.

Badania wykazały również, że podczas wytopu cynku istotnym czynnikiem były reakcje pomiędzy stopem a materiałami ogniotrwałymi. Reakcje przejawiają się wzbogaceniem materiałów ogniotrwałych w ołów, sód, potas oraz cynk i arsen z wypieraniem w głąb materiałów żelaza, magnezu i wapnia. Zależności temperaturowe i separacja grawitacyjna w rezultacie prowadziła do powstania stref wzbogaconych w arsen i ołów, obniżających przebieg solidusu w układzie i korozję materiałów ogniotrwałych. Uwalnianie z nich pierwiastki, głównie krzem i glin, łączyły się z ołowiem, arsenem i innymi pierwiastkami niekompatybilnymi tworząc ostatecznie szkliwo o dużym potencjale emisji Pierwiastków Potencjalnie Toksycznych.

Przeprowadzone badania uwzględniające metodę eksperymentalną znalazły również zastosowanie w archeologii - pozwoliły na odtworzenie procesu wytopu ołowiu w hucie Łosień z XII wieku i w Sławkowie w XVI – XVII wieku, oraz złota w Złotym Stoku w XV-XVII wieku.

Próby zastosowania silnika elektrycznego do napędu pojazdów samochodowych podejmowane były od wielu lat. Były one szczególnie intensyfikowane przy okazji kolejnych kryzysów paliwowych (przykładowo koncern General Motors już w połowie lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku zaprezentował zaawansowany technologicznie model EV1). Europejscy producenci samochodów nie podjęli jednak w odpowiednim czasie wyzwania, którym było zaprojektowanie i wdrożenie do produkcji samochodu elektrycznego.

Electric Controlled Permanent Magnet Excited Synchronous Machine: a) schemat, b) rozkład pola magnetycznego

W chwili obecnej wszystkie koncerny samochodowe posiadają w swojej ofercie samochody elektryczne. Pomimo tego, że branża motoryzacyjna oferuje coraz więcej modeli samochodów elektrycznych, to wciąż pojazdy takie traktowane są jako nowinka technologiczna. Niesłusznie, bo napęd elektryczny konkurował ze spalinowym od zarania motoryzacji. Już pod koniec XIX w. klienci mogli nabywać pojazdy bezkonne wyposażone w silnik elektryczny. Barierę 100 km/h jako pierwszy złamał w 1899 r. właśnie pojazd elektryczny – belgijski La Jamais Contente.

Głównym ograniczeniem na drodze do całkowitego opanowania technologii samochodu elektrycznego jest bez wątpienia źródło energii elektrycznej, które nakłada na pozostałe składniki systemu (przede wszystkim na silnik) bardzo trudne do spełnienia wymagania. Z tego powodu projekt silnika dla samochodu elektrycznego uwzględniać musi wszystkie ograniczenia z tego wynikające, a jednocześnie jednostka napędowa musi być optymalnie dostosowana do standardowego cyklu jazdy. Oznacza to konieczność zredukowania do minimum ciężaru i objętości silnika przy jednoczesnym optymalnym sposobie przetwarzania energii w całym zakresie prędkości obrotowych.

Electric Controlled Permanent Magnet Excited Synchronous Machine Obecnie stosowane silniki elektryczne do napędów samochodów hybrydowych i elektrycznych posiadają wiele istotnych wad i z tego powodu ich układy zasilania i one same muszą być znacznie przewymiarowane, aby zagwarantować istnienie odpowiednio dużego momentu obrotowego przy starcie (dla małych prędkości obrotowych). Preferowane obecnie rozwiązania wykorzystujące silniki z magnesami trwałymi wykazują również niezadowalające parametry przy dużych prędkościach obrotowych. Celem ograniczenia tych efektów stosuje się różne techniki osłabiania strumienia magnetycznego w maszynie. Konwencjonalne rozwiązanie tego problemu polega na regulacji prądu wzbudzenia w ten sposób, że wytwarza on pole magnetyczne skierowane przeciwnie do pola magnesów, osłabiając je. Prowadzi to do komplikacji systemu i powiększenia jego gabarytów.

Electric Controlled Permanent Magnet Excited Synchronous Machine Jako rozwiązanie tych problemów, w ramach projektu realizowanego w konkursie OPUS 9, zaproponowano całkowicie nową strukturę wysokoobrotowej maszyny z magnesami trwałymi, która umożliwia regulację strumienia magnesów trwałych (Electric Controlled Permanent Magnet Excited Synchronous Machine ECPMSM). Maszyna ta to połączenie maszyny tarczowej z maszyną o strumieniu poprzecznym. Jej cechą charakterystyczną jest istnienie dodatkowego układu generacji strumienia magnetycznego, co pozwala na osiągnięcie wysokiej sprawności w całym zakresie prędkości obrotowych i obciążeń. Maszyna ta posiada jednocześnie duży moment rozruchowy i zdolność łatwej regulacji obrotów. Cechy te odpowiadają dzisiejszym wymaganiom stawianym przez przemysł samochodowy jednostkom napędowym (wysokie standardy środowiskowe, oszczędność, małe gabaryty). Opanowanie technologii produkcji takiego silnika elektrycznego oznaczałoby zmniejszenie dystansu technologicznego dzielącego nasz kraj od rozwiniętych krajów Europy w bardzo ważnej dziedzinie gospodarki.

Efektem badań przeprowadzonych w ramach projektu OPUS 9 było skonstruowanie i przebadanie kilku prototypów nowatorskich maszyn z magnesami trwałymi i regulacją strumienia. Wyniki tych badań opublikowano w kilkudziesięciu artykułach i przedstawiono podczas kilkunastu konferencji naukowych. Na rozwiązania maszyn hybrydowych otrzymano również 4 patenty krajowe.

Wzrastające zainteresowanie żywnością napowietrzoną skłania producentów żywności i naukowców do stosowania hydrokoloidów, które jako substancje zagęszczające jednocześnie pozwalają na kontrolowanie masy ciała. Hydrokoloidy wykazują zróżnicowane cechy i wpływ na właściwości produktu, a zastosowanie ich mieszanin pozwala na otrzymanie nowych, atrakcyjnych właściwości dzięki oddziaływaniom synergistycznym. Napowietrzanie jest coraz powszechniejsze, ale sam proces wprowadzania powietrza o kontrolowanej wielkości pęcherzy jest trudny i mało powtarzalny, zwłaszcza przy zastosowaniu prostych technik typu mieszanie lub ubijanie. Dlatego tak ważne jest zbadanie wpływu wytworzonej struktury na właściwości produktu końcowego.

Głównym celem projektu jest wyjaśnienie wpływu otrzymanej struktury liofilizowanych żeli truskawkowych na zmiany właściwości fizycznych i organoleptycznych gotowego produktu. Założeniem projektu było opracowanie liofilizowanego żelu truskawkowego, którego struktura będzie wykreowana poprzez zastosowanie różnych hydrokoloidów oraz czasu napowietrzania żeli.

Na podstawie przeprowadzonych badań potwierdzono tezę o wpływie rodzaju hydrokoloidu na strukturę i właściwości suszu, ale czas napowietrzania w większości przypadków nie miał znaczenia, co pozwoliło przypuszczać, że struktura w większym stopniu kreowana była w czasie ich liofilizacji niż napowietrzania żelu. Liofilizowane żele z pektyną niskometylowaną oraz mieszaniną gumy ksantanowej i gumy guar uzyskały w wielu przypadkach podobne, akceptowalne organoleptycznie właściwości, jednak delikatna struktura żelu z mieszaniną gum utrudnia otrzymywanie suszonego żelu.

Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że zastosowanie pektyny niskometylowanej do produkcji liofilizowanych żeli truskawkowych pozwoliło na akceptowalne technologicznie otrzymanie produktu najwyższej jakości zarówno w ocenie sensorycznej, jak i instrumentalnej.

Na zdjęciach we wnętrzu Librarii w Collegium Maius Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie widnieje przyrząd o nazwie Flexijet, który zastosowano do inwentaryzacji sklepień. Służy on do wykonania laserowych pomiarów i opracowania cyfrowego modelu w technologii BIM.

Projekt dotyczy wybitnych dzieł architektury gotyckiej i ich elementów – sklepień. Rozważane są zagadnienia z zakresu dokumentowania tego dziedzictwa, konserwacji i prawidłowej rekonstrukcji opartej na przesłankach naukowych. Projekt składa się z części teoretycznej (z analizami architektoniczno-historycznymi sklepień) oraz studiów nad źródłami ikonograficznymi.

W zasadniczej części pracy rozwinięto kwestie praktyczne związane z dawnymi technikami budowy sklepień i tradycyjnymi metodami opartymi na prostej geometrii. Autorka zbadała i przeanalizowała źródła materialne, posługując się pomiarami cyfrowymi zabytków (w Gdańsku, Malborku i Krakowie). Cennym źródłem i podstawą nowego spojrzenia na metody konstrukcji sklepień stał się starodruk pochodzący z XVII w. autorstwa Bartla Ranischa pt. Beschreibung aller Kirchen-Gebäude der Stadt Dantzig, odkryty na nowo po wojnie w zbiorach archiwalnych Gdańska. Dzieło to zawiera pionierską dokumentację ówczesnego stanu wszystkich gdańskich kościołów wraz ze szczegółowym opisem sztuki wznoszenia sklepień; ilustrowane jest blisko 50 sztychowanymi planami i wykresami geometrycznymi wielu odmian wzorów. Autorka porównała te najstarsze rysunki gotyckich sklepień gdańskich z autentycznymi, wciąż istniejącymi obiektami i przygotowała nową interpretację geometrii w postaci wirtualnych modeli. Kształty sklepień odwzorowano ściśle według „instrukcji” zawartej w starodruku, ale zgodnie z dzisiejszymi możliwościami, we współczesnych konwencjach (w postaci rzutów prostokątnych i kładów, przekrojów). Wzbogacono je o poglądowe, zrozumiałe przedstawienia w aksonometrii i perspektywie. Posłużono się metodami wizualizacji fotorealistycznej oraz uproszczonej, schematycznej.

Celem badań było wyjaśnienie reguł i szczegółów kształtowania sklepień. Modele sklepień mają formy zróżnicowane: elementarne „drucikowe”, obrazujące osie żeber, formy ustrojów z kształtek żebrowych, oraz formy pełne – z masywnymi żebrami i polami powłok. Etapy tworzenia modeli cyfrowych nawiązywały do kolejności realnych prac na budowie.

Techniki dawnych budowniczych zastosowano eksperymentalnie do odtworzenia zrujnowanych sklepień gotyckich w kościele zamkowym w Malborku. Koncepcja rekonstrukcji, przymierzona do reliktów we wnętrzu (pozostałości konstrukcji i wystroju), okazała się trafna. Rozpoznana metoda będzie zatem przydatna do projektów konserwacji czy rekonstrukcji wielu gotyckich konstrukcji.

W naszym projekcie, staraliśmy się zaadresować potrzeby diagnostyki onkologicznej wprowadzając do badań nowoczesne technologie umożliwiające uzyskanie informacji o biochemii tkanki na poziomie związków małocząsteczkowych bez konieczności poboru materiału oraz skracając czas analiz do kilku minut. Podstawowym narzędziem analitycznym wykorzystywanym w projekcie była technologia zwana mikroekstrakcją do fazy stałej (ang. solid phase microextraction, SPME). Metoda ta polega na wprowadzeniu do tkanki specjalnej sondy w postaci drucika na jednym końcu pokrytego sorbentem, który niejako „wyciąga” metabolity z badanego materiału. Ponieważ w efekcie wykorzystania mikrosondy nie pobieramy tkanek unikamy w ten sposób konieczności późniejszego wyizolowania związków z materiału biologicznego, co przy zastosowaniu standardowych metod stanowi najbardziej czasochłonny etap procesu analitycznego. Dzięki specyficznym właściwościom biochemicznym badanej tkanki, uzyskuje się reprezentacyjny dla danego nowotworu „zestaw” metabolitów o różnorodnych właściwościach fizykochemicznych (profil metaboliczny).

prof. Barbara Bojko przy pracy, fot. Michał Łepecki Analiza guzów mózgu pokazała, że sondy mikroekstrakcyjne mogą być użyteczne w pobieraniu materiału do badań co manifestowane było dużą ilością wyekstrahowanych związków, takich jak nukleotydy, aminokwasy, acylokarnityny, fosfolipidy czy też pochodne ceramidów. Zaobserwowano także, że pomimo dużej heterogenności badanych próbek zastosowanie sondy SPME z odpowiednio długim sorbentem umożliwia uzyskanie uśrednionego wyniku profilowania całej tkanki. Metodyka ta pozwala zatem na uzyskanie wiarygodnej informacji o biochemii badanego guza przy użyciu już jednej sondy. Analiza metabolomu a także lipidomu badanych guzów mózgu umożliwiła zróżnicowanie ich w zależności od typu histologicznego – oponiaki vs glejaki a także w zależności od stopnia złośliwości czy też obecności klinicznie istotnych zmian w obrębie genotypu: mutacja IDH czy też kodelecja 1p/19q.

Kolejnym podjętym krokiem było zastosowanie interfejsu do szybkiej analizy próbek skonstruowanego przez naszych partnerów z University of Waterloo w Kanadzie – coated blade mass spectrometry (CBS-MS). W tym formacie metody SPME, blaszkę w kształcie miecza pokrytą sorbentem wprowadza się do badanej tkanki a następnie montuje się ją w interfejsie przy spektrometrze mas.  Przyłożenie wysokiego napięcia powoduje jonizację badanych substancji i detekcję w zaledwie kilka sekund. W ramach niniejszego projektu z sukcesem zastosowano wspomniane podejście do ilościowej analizy karnityny w guzie mózgu.

prof. Barbara Bojko przy pracy, fot. Michał Łepecki Nasze doświadczenie w zakresie nowoczesnych metod mikroekstrakcyjnych oraz analiz z wykorzystaniem spektrometrii mas opiera się na kilkuletniej pracy kierownika projektu, dr hab. Barbary Bojko w laboratorium prof. Janusza Pawliszyna – jednego z wiodących światowych analityków i wynalazcy wspomnianej technologii SPME – oraz kontynuowaniu tej współpracy po stworzeniu niezależnego zespołu badawczego w Polsce. Realizacja projektu, w którym konieczne było nie tylko zapewnienie dostępu do setek pacjentów zakwalifikowanych do leczenia operacyjnego, ale także otwartość na nowatorskie metody, była możliwa dzięki zaangażowaniu zespołu klinicystów i pielęgniarek z 10 Szpitala Wojskowego z Polikliniką w Bydgoszczy pod kierunkiem prof. Marka Harata.