BirchSorb

Projekta apraksts

Projekta mērķis ir sintezēt bio-bāzētus polimēru sorbentus no bērza mizas ekstraktvielām (triterpēniem), izmantojot tos kā stacionāro fāzi un pielietojot sorbentus atdalīšanas un attīrīšanas procesos, īpaši šķidruma hromatogrāfijas (liquid chromatography-LC) un cietfāzes ekstrakcijas (solid phase extraction-SPE) jomās. Pētījums ietilpst industriālās izpētes jomā, aptverot pielietoto izpēti un inovāciju aktivitātes. Projekts “Bio-bāzēto polimēru sorbentu sintēze no bērza mizas ekstraktvielām” atbilst Latvijas Viedās specializācijas stratēģijas (RIS3) pamatmērķiem, veicinot zināšanu ietilpīgu bioekonomiku; fotonikas un viedo materiālu, tehnoloģiju un inženiersistēmu attīstību. Pētījumi par bio-bāzētiem polimēru sorbentiem ir īpaši aktuāli materiālu zinātnē un vides inženierijā, jo šie sorbenti piedāvā ilgtspējīgu alternatīvu tradicionālajiem sorbentiem. Bio-bāzētie polimēri ir biodegradējami, kas palīdz samazināt vides piesārņojumu. Pašlaik pētījumi ir vērsti uz šo sorbentu biodegradējamības uzlabošanu un īpašību optimizāciju, piemēram, augsta virsmas laukuma un porozitātes nodrošināšanu.

Projekta mobilitātes ietvaros plānota divu mēnešu pētniecības vizīte uz Upsalas Universitātes Ķīmijas departamentu Zviedrijā, kur tiks attīstītas prasmes bio-bāzēto sorbentu testēšanā ar modernām hromatogrāfijas un masspektrometrijas metodēm. Šī mobilitāte sniegs būtisku ieguldījumu pētniecības kvalitātes un starptautiskās sadarbības attīstībā, kā arī sagatavos pamatu turpmākiem kopprojektiem un tehnoloģiskajai izcilībai.

Uzsaukums: Eiropas Savienības kohēzijas politikas programmas 2021.–2027. gadam 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa "Pētniecības un inovāciju kapacitātes stiprināšana un progresīvu tehnoloģiju ieviešana kopējā P&A sistēmā" īstenošana.

Aktivitāte: 1.1.1.9. pasākuma "Pēcdoktorantūras pētījumi".

Projekta kopējais finansējums: 184 140 EUR, t.sk. Eiropas Reģionālās attīstības fonda  līdzfinansējums 85% apmērā – 156 519 EUR.

Projekta ilgums: 36 mēneši

Projekta īstenošanas vieta: Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūts

Projekta īstenošanas gaita

30.10.2026.

Projekta progresa ziņojums par periodu no 01.05.2026.-30.10.2026.

Turpināta projekta aktivitāte Nr. 1 “Bio-bāzētu sorbentu sintēze, izmantojot dažādas tīrības pakāpes bērza mizas ekstraktvielas”.

• Bio-bāzētu polimēru sorbentu sintēzes apstākļu optimizācija.

  Turpināta sorbentu sintēze, izmantojot no bērza tāss ekstraktvielām iegūtu betulīnu un tā ķīmiski modificētos atvasinājumus. Lai uzlabotu betulīna piemērotību polimerizācijas reakcijām, veikti eksperimenti tā modificēšanai
  ar maleīnskābes anhidrīdu, iegūstot maleēto betulīnu (MaBet). Turpināta MaBet sintēzes apstākļu optimizācija, izvērtējot reakcijas ilguma ietekmi uz iegūtajiem produktiem.

  Papildus uzsākta UHPLC-UV-MS analīzes metodes izstrāde MaBet sintēzes produktu raksturošanai, lai iegūtu detalizētāku informāciju par reakcijas norisi un produktu sastāvu.

  Turpināta MaBet un divinilbenzola (DVB) polimēru sorbentu sintēze, mainot izejvielu attiecības reakcijas maisījumā un izvērtējot to ietekmi uz iegūto materiālu īpašībām.

• Iegūto sorbentu fizikāli ķīmiskā raksturošana. Sintezētie MaBet–DVB sorbenti raksturoti, izmantojot Furjē transformācijas infrasarkano spektroskopiju (FTIR), termogravimetrisko analīzi (TGA), skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM) un funkcionālo grupu noteikšanas metodes. Veiktas arī slāpekļa (N₂) adsorbcijas–desorbcijas analīzes, lai noteiktu sorbentu īpatnējo virsmas laukumu un raksturotu to poraino struktūru. Iegūtie rezultāti apliecina, ka sintezētajiem materiāliem iespējams sasniegt BET īpatnējās virsmas laukuma vērtības, kas pārsniedz 400 m²/g.
• Sorbentu sorbcijas īpašību sākotnējā izvērtēšana. Uzsākti eksperimenti, lai novērtētu sintezēto sorbentu spēju piesaistīt organiskos savienojumus no ūdens šķīdumiem, izmantojot fenolu kā modeļvielu. Sākotnējie rezultāti parādīja, ka MaBet–DVB sorbenti nodrošina augstāku fenola izvadīšanas efektivitāti nekā references materiāls, kas sintezēts tikai no DVB. 

Iegūtie rezultāti apliecina izstrādātās sintēzes pieejas potenciālu bio-bāzētu polimēru sorbentu iegūšanai un veido pamatu turpmākai materiālu virsmas modificēšanai un pielietojuma izpētei šķidruma hromatogrāfijā un cietfāzes ekstrakcijā.
Projekta publicitāte:

• Dalība Zinātnieku nakts pasākumā 2026. gada 25. septembrī Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūtā.
• 2026. gada 25.–26. augustā īstenots komandējums uz Tartu, Igaunijā, piedaloties programmas “Apvārsnis Eiropa” Nacionālā kontaktpunkta un Tartu Universitātes Grantu biroja organizētā pasākumā par Eiropas Pētniecības padomes (ERC) grantu iespējām. Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta Zinātniskās padomes sēdē prezentēts pēcdoktorantūras projekta BirchSorb īstenošanas progress, veiktie pētnieciskie darbi, iegūtie rezultāti un turpmāk plānotās aktivitātes.
• Dalība dokumentālās filmas “Koka molekula” tapšanā.

30.04.2026.

Projekta progresa ziņojums par periodu no 01.01.2026.-30.04.2026.

Turpināta aktivitāte Nr. 1 “Bio-bāzētu sorbentu sintēze, izmantojot dažādas tīrības pakāpes bērza mizas ekstraktvielas”.

• Bio–sorbentu sintēzes apstākļu optimizācija. Projekta aktivitātes Nr. 1 ietvaros tika uzsākta bio-bāzētu polimēru sorbentu sintēze no bērza tāss ekstraktvielām (betulīna) un divinilbenzola (DVB), izmantojot radikāļu iniciētu polimerizāciju. Veicot eksperimentus un iegūto sorbentu analīzes, tika konstatēts, ka betulīna dubultsaiste nepiedalās polimerizācijā ar DVB, kā rezultātā neveidojas pietiekami stabils un šķērssaistīts polimēra tīkls. To apstiprināja arī augstā betulīna šķīdība organiskajos šķīdinātājos, kas liecina par nepietiekamu ķīmisko saišu veidošanos polimēra struktūrā. Lai uzlabotu sistēmas reaģētspēju, tika ieviests papildu modifikācijas solis – betulīna ķīmiskā modifikācija ar maleīnskābes anhidrīdu, iegūstot betulīna maleīnskābes diesteri (MaBet). Šī modifikācija ievieš papildu reaģētspējīgās dubultsaites un veicina efektīvāku šķērssaistīšanos radikāļu polimerizācijas laikā. MaBet tika iegūts gan no betulīna standartvielas, gan no LVKĶI iegūtām bērza tāss ekstraktvielām ar >95 % betulīna saturu. Tika veiktas vairākas bio-sorbentu sintēzes ar dažādām MaBet un DVB attiecībām (0, 5, 15, 30, 50 un 100 % MaBet), izmantojot gan modeļvielu, gan no bērza tāss ekstrakta iegūto MaBet.
• Iegūto bio–sorbentu raksturošana. Visi sintezētie sorbenti (MaBet-DVB) tika analizēti, izmantojot vairākas analītiskās metodes: funkcionālo grupu noteikšanu (joda un hidroksilvērtības), izmēru un virsmas morfoloģijas noteikšanu, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM), šķīdības testēšanu organiskajos šķīdinātājos, kā arī FTIR analīzes.

Projekta publicitāte:

• Dalība Ēnu dienā 2026. gada 1. aprīlī Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūtā.
• Dalība TVNET raidierakstā "Redzi tālāk!" 2026. gada 24. martā (Kā laboratorijā izstrādātais tiek reāli lietots?. Raidījumu vada Toms Treibergs). Pieejams arhīvā: https://www.tvnet.lv/8436609/redzi-talak-no-laboratorijas-lidz-risinajumam-jauno-zinatnieku-pieredze;
• Intervija IZM pieredzes stāstu projektam par PostDoc pētījumu 2026. gada 24. aprīlī (Daniela Godiņa: ķīmija ir ļoti radoša zinātne!. Raksta autore Linda Miltiņa). Pieejams arhīvā: https://www.lzp.gov.lv/lv/jaunums/daniela-godina-kimija-ir-loti-radosa-zinatne;
• Intervija Latvijas Radio 1 raidījumā “Zināmais nezināmajā” 2026. gada 21. aprīlī (Bērzs un tā vērtīgo vielu pielietojums. Raidījumu vadīja Sandra Kropa). Pieejams arhīvā: https://lr1.lsm.lv/lv/raksts/zinamais-nezinamaja/berzs-un-ta-vertigo-vielu-pielietojums.a219633/.

30.12.2025.

Projekta progresa ziņojums par periodu no 01.07.2025. - 31.12.2025.

Veikta aktivitāte Nr.1 “Bio-bāzētu sorbentu sintēze, izmantojot dažādas tīrības pakāpes bērza mizas ektraktvielas”.

• Bērza ārējās mizas ekstraktvielu sastāva noteikšana. Sākotnējiem eksperimentiem izmantotā izejviela (bērza ārējās mizas ekstraktvielas) tika iegūta, izmantojot Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūtā izstrādāto bērza mizas ekstrakcijas tehnoloģiju. Ekstraktvielu sastāvs tika noteikts, izmantojot GC-FID sistēmu. Papildus tika noteiktas ekstraktvielu joda un hidroksilvērtības, kā arī veikta FTIR, TGA un DSC analīze.
• Bio–sorbentu sintēzes apstākļu optimizācija. Sorbentu sintēzei tika testēti vairāki šķīdinātāji — toluols, etanols un tetrahidrofurāns (THF). Labākā ekstraktvielu šķīdība tika novērota THF gadījumā; tomēr ir būtiski, lai šis šķīdinātājs nesaturētu stabilizatoru BHT, jo tas reaģē ar radikāļu iniciatoru novēršot reakcijas iniciēšanu. Toluolu parasti izmanto šāda veida sintēzēs, jo tas darbojas kā efektīvs poru veidošanas aģents, taču bērza mizas ekstraktvielām toluols nebija piemērots, jo ekstraktvielas tajā nešķīst. Reakcijas maisījumā tika testētas dažādas ekstraktvielu koncentrācijas — 0 %, 5 % un 15 %. Visas sintēzes tika veiktas gan ar PVAL klātbūtni, gan bez tā.
• Iegūto bio–sorbentu raksturošana. Visi sintezētie sorbenti tika analizēti, izmantojot vairākas analītiskās metodes: funkcionālo grupu noteikšanu (joda un hidroksilvērtības), izmēru un virsmas morfoloģijas noteikšanu, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM), kā arī šķīdības testēšanu organiskajos šķīdinātājos. Tika noskaidrots, ka sintēzē izmantotais šķīdinātājs būtiski ietekmē ekstraktvielu šķīdību gala sorbentā. Ja sintēzē tika izmantots etanols, ekstraktvielu šķīdība organiskajos šķīdinātājos bija zemāka nekā sorbentiem, kas sintezēti THF vidē.

SEM attēls vienam no iegūtajiem bio-sorbentiem, kur par šķīdinātāju izmantots THF un pievienotais ekstraktvielu masas daudzums – 5 %

Projekta publicitāte

• Intervija avīzē “Diena”, sadaļā “Dabas diena” 2024. gada 8. decembra numurā (Bērza tāsī noslēptā bagātība. Raksta autore Ilze Gražule).
• Intervija žurnālā “Mājas viesis” 2024. gada 9. janvāra numurā (Izspiest bērzu līdz pēdējai pilītei. Raksta autore Ilze Kuzmina).
• Intervija radio NABA raidījumā Zinātnes vārdā, 2025. gada 20. februārī (Ķīmijas detektīve. Saruna ar Danielu Godiņu. Raidījumu vadīja Ieva Siliņa).
• Intervija Latvijas Radio 1 raidījumā Monopols, 2025. gada 5. augustā (Vai ar ķīmiju saistīts zinātniskais darbs ir radošs? Saruna ar pētnieci Danielu Godiņu. Raidījumu vadīja Kārlis Kazāks).
• Dalība Zinātnieku naktī 2025, iesaistot sabiedrību zinātnes popularizēšanas aktivitātēs.
• Sadarbība ar asociāciju Latvijas koks, vizītēs uz Latvijas skolām.

• Organizētas ekskursijas institūtā, stāstot skolēniem un studentiem par LVKĶI un PostDoc projektu.

   

01.07.2025.

Uzsākta projekta īstenošana.