Projektid

Traditsioonilistes toidusüsteemides kasutatakse laialdaselt naftakeemial ja loomsetel produktidel põhinevaid lisandeid, mis on küll heade tehno-funktsionaalsete omadustega, kuid millega kaasnevad keskkonnaalased, eetilised, tervislikud ja jätkusuutlikkuse probleemid. Projekti raames arendatakse alternatiivseid valgulisi toidulisandeid, näiteks värv- ja magusaineid, mille omadused vastaksid toidutööstuse vajadustele ja samas kõrvaldaks eelmainitud murekohad. Valkude arendamiseks kasutatakse ratsionaalse disaini, struktuuribioloogia ja tehisintellekti meetodeid. Koos TFTAKiga arendatakse välja täppisfermentatsiooni protsess, et toota valke mikroorganismides, valgupreparaate testitakse mudeltoitudes ning edukate preparaatide kommertsialiseerimiseks tehakse koostööd kohaliku toidutööstuse ja ettevõtluskiirenditega. Arendustöö tulemina modelleeritakse seosed valkude struktuuri ja tehno-funktsionaalsete omaduste vahel, mis võimaldab tulevikus uudsete omadustega valke hõlpsamini disainida.

Puit või siis lignotselluloosne biomass üldisemalt on kõige enimlevinud, kättesaadavaim, aga samas ka ainus jätkusuutlikke lahendusi võimaldav taastuvtooraine üha kasvava inimkonnaga planeedil. Puidu kolm põhipolümeeri - tselluloos, hemitselluloos ning ligniin, sisaldavad algkomponente, millest on võimalik toota kõrge väärtusastmega puidusuhkruid, tekstiilikiude, termoplastseid materjale ning peenkemikaale. Antud projektis viiakse edasi ensüümitehnoloogiate arendusi, kus ekstreemsetest kasvukeskkondadest pärit mikroobide ensüüme kasutatakse ligniini lõhustamiseks ja modifitseerimiseks, toksiliste fenoolsete ühendite keskkonnast eraldamiseks, ning tselluloosi puidusuhkruteks lagundamise ja lahustuva tselluloosi tehnoloogiates. Lisaks keskendutakse projektis tehnoloogiatele, kus arendatakse edasi nii kraft-ligniinil (tüüpiline paberitööstuse ligniin), hüdrolüüsi ligniinil ning sünteetilisel ligniinil põhinevaid poorseid materjale, termoplaste kui ka uue generatsiooni katalüsaatoreid.

OSCD andmeil seisab Eesti silmitsi rasvumise ja diabeedi laia levikuga, WHO andmeil on iga viies laps ülekaaluline. Seetõttu tuleb aidata inimestel vähendada suhkru, soola ja rasva tarbimist, mis on seotud ülekaalulisuse, diabeedi ja südame-veresoonkonna haigustega. Eesti toidutööstus on juba täna pühendunud toidu reformuleerimisele, muutes toidutooteid tervislikumateks. Näiteks muffin, mis on seni olnud meeli ülendav magustoit, on nüüd muutunud vähendatud suhkru ja rohke kiudainega Nutriscore B-väärtusega toiduks. Siiski on selliste toodete tervisemõju märgatav alles siis, kui maitse on sama meeldiv ja tarbijad uued tooted omaks võtavad. Käesolev toidukoostise reformuleerimise projekt uurib magusamaitselisi looduslikke peptiide ja oligosahhariide, mis asendaksid lisatud suhkruid; lõhnaühendite ja soolase maitse sünergiat vähendamaks soola; ning rasvade mõju maitsele. Projekti eesmärk on avaldada positiivset mõju rahvatervisele, tegemata kompromisse maitses, kvaliteedis ja ohutuses.

Uurimisvaldkond: Arendab keskkonnasõbralikke mitte-termilisi töötlusmeetodeid (HIPEF, HHP), et parandada taimsetes mahlades toiduohutust, toitainete säilimist ja probiootikumide elujõulisust, rõhuga tööstuslikul skaleeritavusel. Spetsialiseerumine: • Põhisuund: Mitte-termiliste tehnoloogiate (HIPEF+HHP) kombineerimine sünergilise toime saavutamiseks – ensüümide inaktiveerimine, seotud bioaktiivsete ühendite (nt karotenoidid) vabastamine ning probiootikumide stabiliseerimine happelistes ja toitainerikastes mahlades. • Teisene suund: In vitro seedemudelite rakendamine bioaktiivsete ühendite imendumise hindamiseks ning protsesside optimeerimine tööstuslikuks kasutuselevõtuks. Panus: Juhib HIPEF+HHP protsessikatsete kavandamist ja läbiviimist ning teostab HPLC/MS analüüse bioaktiivsete ühendite vabanemise ja seedestabiilsuse hindamiseks. Seob laboriuuringud jätkusuutliku toidutöötlemisega, toetades toitainerikaste, jäätmeid vähendavate ja tarbijasõbralike uuenduste loomist.

Käeliste molekulide tuvastamine ja enantiomeeride eraldamine on oluline keskkonna seire, agrokeemia ja ravimite disaini vaatevinklist. Hemikukurituriilid on selleks väga sobilikud, sest neid saab suunatult sünteesida kombineerides erinevaid monomeere ühe-etapilises mehanokeemilises reaktsioonis. Selles jätkusuutlikus protsessis tekitatakse vähem jääke lahusteid vältides ning ise-organiseerumine on võimendatud tänu tahke faasi reaktsioonile. Käesolevas projektis uuritakse hemikukurbituriilide ise-organiseerumise fundamentaalseid aluseid ning rakendatakse neid uute supramolekulaarsete süsteemide loomisel, selleks et käeliste ühendeid tuvastada ja eraldada, aga ka saasteainete korral keemilise muundamise abil väärindada. Katseliste ja arvutuskeemia tulemuste abil luuakse ennustusmeetod uute analüütide tuvastamiskes sobivate omadustega makrotsüklite sünteesiks. Tulemused peaksid huvi pakkuma teadlastele ja rakendajatele, kes kasutavad, toodavad või tuvastavad käelisi ühendeid.

NdFeB, kõige tugevamad ja suurima „energiatihedusega“ püsimagnetid, leiavad kasutust nii roheenergia tootmisel tuulegeneraatorites kui elektriautodes. NdFeB tehnoloogia on võrreldav liitiumakude tehnoloogiaga: mõlemad on võtmetähtsusega, nõuavad piiratud maavarade kaevandamist, taaskasutus on keerukas. NdFeB taaskasutus vähendaks EU sõltuvust Hiinast, on võrreldes kaevandamisega säästlikum ning väiksema CO2 jalajäljega. Projekt keskendub paagutatud ("sintered") NdFeB taaskasutuse arendamisele. Keskendume NdFeB magnetite vesinik dekrepiteerimise ja HDDR tehnoloogiatele, kuid uurime ka alternatiive. Tehnoloogilise protsessi sisend on ringlusest kogutud NdFeB ja väljund NdFeB vaheprodukt, mida on võimalik kasutada paagutatud, seotud („bonded“), ALD kaetud, või 3D prinditud NdFeB tööstuslikus, skaleeritavas tootmispotsessis. Narvas on ehitamisel EU suurim NdFeB tehas. Projektis arendatavad meetodid aitavad parendada olemasolevaid ja leida uusi seal kasutatavaid ringmajanduslikke protsesse.

CO2 kontsentratsiooni vähendamine atmosfääris on inimkonna üks kriitilisemaid probleeme. Efektiivse lõhustamistehnoloogia olemasolu korral võiks CO2-st samas saada väärtuslik resurss. Üks võimalik tehnoloogia selleks on CO2 sidumine ja elektrokeemiline lõhustamine sulasoolade segudes, kus CO2 muundatakse tahkeks süsinikuks ning gaasiliseks hapnikuks. Käesoleva projekti eesmärgiks on uurida protsesse selles tehnoloogias, et luua tehnoloogiast tervikuna parem arusaam, aga ennekõike võimalikke rakendusmeetodeid. Protsessi süsinikprodukti väärindamine komponendina nutikates ja kestlikkes energiatehnoloogiates nagu kütuseelemendid, akud ja superkondensaatorid selle projekti käigus võimaldab ühelt poolt luua ajendi juba olemasoleva CO2 sidumiseks ning teiselt poolt vähendada tulevikus atmosfääri paisatava CO2 hulka. Produktide CO2 ekvivalendi madalal hoidmiseks keskendutakse ka rohekeemia printsiipide mõju uurimisele ja nende rakendamisele CO2 elektrolüüsi tehnoloogias.

Bioressursside tõhus kasutamine on hädavajalik kestliku ja süsinikuneutraalse ühiskonna saavutamiseks. Projekt AGRI-WASTE2H2 keskendub põhust saadud tselluloosile – rikkalikule, kuid alakasutatud põllumajandussaadusele – mida kasutatakse lähtematerjalina elektrokeemilises protsessis. See protsess on kohandatud rohelise vesiniku tootmise tõhususe parandamiseks, tarbides oluliselt vähem energiat kui tavaline vee elektrolüüs. Samal ajal toodab protsess väärtuslikke keemilisi ühendeid ja materjale. AGRI-WASTE2H2 põhineb kolme Põhja- ja Baltimaa – Soome, Rootsi ja Eesti – teadlaste kompetentsil. Sünteetilise voolukeemia uurimisrühm Tallinna Tehnikaülikoolis keskendub tselluloosi elektrokeemilise oksüdatsiooni üleviimisele voolurežiimi, eesmärgiga saavutada kõrgem efektiivsus ja saagis. Protsessi mastabiseerimine voolurežiimis on võtmetähtsusega samm edukaks tööstuslikuks rakendamiseks. AGRI-WASTE2H2 kasutab Põhja- ja Baltimaade piirkonna taastuvenergia ja põllumajanduslike kõrvalsaaduste rohkusest tulenevaid võimalusi kütuse ja kemikaalide tootmiseks, aidates vähendada piirkonna sõltuvust fossiilsetest lähtematerjalidest. Seeläbi loob projekt võimalusi CO2 heitmete vähendamiseks ja piirkondliku sõltumatuse suurendamiseks, edendades samal ajal uute roheliste tööstusharude kasvu, millest saavad eriti kasu maapiirkonnad. Kolme Põhja- ja Baltimaade riigi teadlaste koostöö võimaldab saavutada tulemusi, mida üksikpartner iseseisvalt ei suudaks ning edendab piirkondlikku mobiilsust ja uusi koostöövõimalusi. Kasutades oma erialaseid teadmisi, on meie eesmärk edendada innovatsiooni, mis on kohandatud piirkonna vajaduste ja tugevustega.

Orgaaniline elektrokeemia muudab tänapäevast sünteesi, pakkudes rohelisi ja tõhusaid meetodeid, mis asendavad toksilisi reagente elektriga. Elektrokeemia pidevas voolus lahendab batch-keemia probleeme nagu soojus- ja massülekanne ja mastabeeritavus, mille tulemusel on võimalik reprodutseerida laboriskaalas saadud tulemusi ka tööstuses. Selle projekti eesmärk on alküül- ja fluoroalküül-hüpervalentset joodi sisaldavate reagentide jätkusuutlik süntees elektrokeemilise voolukeemia abil. Traditsiooniliselt genereeritakse selliseid reagente kasutades stöhhiomeetrilisi oksüdante, mis põhjustavad kahjulike jäätmete tekke ja probleeme eraldamisega. Elektrokeemilise lähenemise abil on võimalik sünteesida ebastabiilseid alifaatseid jodaane puhtalt ning kasutada neid stereoselektiivses α-alküleerimise, amineerimise ning (radio)fluoreerimise ja fluoroalküleerimise reaktsioonides. See töö on kooskõlas Euroopa roheleppega, edendades rohelist keemiat ja innovatsiooni jätkusuutlikus katalüüsis.

Kaasaegse ühiskonna areng meditsiinis, põllumajanduses ja materjaliteaduses tugineb uute molekulide loomisele, kuid ohutute ja jätkusuutlike sünteesistrateegiate väljatöötamine on jätkuvalt väljakutse. Lämmastikku sisaldavad heterotsüklid on eriti olulised, kuna neid leidub paljudes ravimites ja looduslikes ühendites. Haloasiridiinid on olulised vaheühendid mitmesuguste lämmastikku sisaldavate heterotsüklite sünteesil tänu nende ainulaadsele reaktiivsusele tsükli avanemise ja siirdemetallkatalüüsitud reaktsioonides. FlowHalAzi projekti eesmärk on skaleeritavate strateegiate arendamine halogeenfunktsionaliseeritud asiriidiinide sünteesiks. Projektis kasutatakse tsingi poolt vahendatud fotokeemilisi ja elektrokeemilisi meetodeid halokarbeenide ja -karbenoidide genereerimiseks CHX₃ või CRX₃ eelühenditest, mis kaasatakse seejärel mitmekomponentsetesse reaktsioonidesse. Reaktsioonide läbiviimine pideva voolus võimaldab nende täpsemat kontrollimist ning hõlbustab skaleerimist.

Käesolev projekti eesmärgiks on kasutada voolukeemiat, et arendada uuenduslikke sünteesimeetodeid N-heterotsüklite selektiivseks osaliseks hüdro- ja dehüdrogeenimiseks. N-heterotsüklid on meditsiinilises keemias olulised struktuurielemendid, mis on paljude ravimite ja bioloogiliselt aktiivsete ühendite struktuuri aluseks. Kasutades pideva voolu süsteemide pakutavaid täpseid kontrolli- ja seadistusvõimalusi, püüame genereerida ja kinni püüda reaktiivseid vaheühendeid, mida on traditsioonilise batch-keemia abil keeruline saada. Tekkinud vaheühendeid kasutatakse edasistes muundumistes, muuhulgas metallkatalüüsis ja elektrokeemilises aktivatsioonis eesmärgiga saada keerulisi kontrollitud stereokeemiaga heterotsüklilisi ühendeid.

Endokriinsüsteemi kahjustavad kemikaalid (EDC-d) võivad mõjutada naise viljakust. Kasutades tavapäraseid majapidamistarbeid ja kehahooldustooteid puutuvad inimesed EDC-dega pidevalt kokku. Seetõttu on oluline testida kemikaale nende võimaliku endokriinsüsteemi kahjustava toimete suhtes, mis võivad mõjutada inimese reproduktiivsust. Projekt MERLON eesmärk on uurida EDC-de mõju seksuaalarengule ja -funktsioonile, et töötada välja uued lähenemisviisid (NAM-id) EDC-de tuvastamiseks. Kui MERLON keskendub tundlikele arenguetappidele looteeast puberteedini, siis MERLON2 koos uue partneri TalTechiga lisab projekti veel ühe vastuvõtliku perioodi naiste reproduktiivses süsteemis: täiskasvanu munasarja folliikel, kus toimub munaraku küpsemine. Koostöös TalTechiga on hiljuti näidatud, et folliikulis sisalduvate somaatiliste rakkude (FSC-d) tundlikkus folliikuleid stimuleeriva hormooni (FSH) suhtes väheneb, kui folliikul sisaldab mitmete tuntud EDC-de segu. FSH on oluline nii munaraku küpsemiseks kui ka FSC-de poolt toodetud steroidhormoonide sünteesiks. Samuti oleme kirjeldanud somaatiliste rakkude keerukat heterogeensust munasarjafolliikulis. EDC-de kahjulik mõju FSC alampopulatsioonidele on aga teadmata ja MERLON algprojektis käsitlemata. MERLON2 täiendab konsortsiumi eesmärke, töötades välja NAM-e, mis põhinevad üksikraku transkriptoomikal, automaatsel pildianalüüsil ja masinõppel, et mõista EDC-de mõju FSC alampopulatsioonidele seoses nende tundlikkusega FSH suhtes. MERLON2 tulemusena laieneb sidusrühmade ring, suureneb avalikkuse teadlikkus EDC-de kahjulikest tervisemõjudest ning pakutakse uusi lähenemisviise, et lahendada igapäevatoodetes leiduvate ainete kahjuliku mõju testimise küsimust naise viljakuse kontekstis.

Närvisüsteem koosneb mitmetest erinevatest rakutüüpidest, mis moodustavad koes tihedalt läbipõimunud peenstruktuuri. Rakud on omavahel tihedalt kontaktis ja närvisüsteemi talitlemisel toimuvad pidevad interaktsioonid rakkude vahel. Selline ehitus muudab keeruliseks nii biomolekulide analüüsi moel, mis võimaldab rakke üksteisest eraldada puhtalt ja peenstruktuuridesse kuuluvat osa ohverdamata. Üheks käesoleva projekti eesmärgiks on tehnoloogiline arendustöö, millega töötatakse välja rakutüübi-põhine proteoomika meetod närvisüsteemi rakutüüpide analüüsimiseks. Teiseks projekti eesmärgiks on uurida, kuidas neuronite ja astrogliia rakkude koos kasvatamisel rakukultuuris ühe rakutüübi aktiveerimine mõjutab teise rakutüübi geeniekspressiooni, ning milliste rakkudevaheliste signaalmolekulide kaasabil selline kommunikatsioon toimub.