Nuodinga „švara“

Kad viskas spindėtų ir blizgėtų! Taip skamba šūkiai cheminių valiklių reklamose, žadantys ypatingą preparatų efektyvumą. Tačiau šiuo atveju efektyvumas tampa ir didžiausiu įrodymu, kad rizikuojate savo sveikata: paprastai pačios veiksmingiausios cheminės valymo priemonės yra ir pačios toksiškiausios. Tokiuose preparatuose bent 10 proc. sudėties sudaro medžiagos, kurios dirgina odą, nosies gleivinę, gali sukelti alerginių reakcijų, o svarbiausia – neabejotinai daro lėtinį neigiamą poveikį kvėpavimo takų sistemai.

Lietuvos žiniasklaidoje jau buvo nuvilnijusi garsioji mokslinė studija, kurios autoriai, pasiremdami daugiamečio Europos sąjungos kvėpavimo sistemos sveikatos tyrimo duomenimis, priėjo prie vienareikšmių išvadų: pastoviai naudoti chemines valymo ir higienos priemones organizmui kenkia ne mažiau nei surūkyti po pakelį cigarečių per dieną. Geras skirtingų tyrimų apibendrinimas pateiktas ir Kristin J. Cummings, bei  M. Abbas Virji studijoje „Ilgalaikis valymo priemonių poveikis plaučiams“, kur apie valiklius prabylama kaip apie didelį rizikos veiksnį astmai bei kitoms kvėpavimo takų ligoms.  

Deja, tai – dar ne viskas. Aptardami cheminių valiklių poveikį žmonių organizmui, įvairūs mokslininkai atseka šių priemonių naudojimo sąsajas su nervų sistemos pažeidimais, reprodukciniais sutrikimais, inkstų ir kepenų veiklos disfunkcijomis ir netgi vėžiniais susirgimais. Netgi keliama prielaida, jog cheminiai valikliai gali daryti neigiamą įtaką bendram žmogaus imunitetui, kurio svarba taip akcentuojama pastaruoju pandemijos laikotarpiu.

Ypatingas pavojus vaikams ir augintiniams

Jei apie cheminių valiklių žalos mastą suaugusio žmogaus organizmui šiandien ir toliau karštai diskutuojama, vos tik prabylama apie vaikus, didelėms diskusijoms vietos nebelieka: visiems akivaizdu, kad šiose grupėse rizika sveikatai kelis kartus išauga.

Viena vertus, sandėliuoti toksiškus cheminius valiklius namuose, kuriuose yra mažų vaikų, yra tas pats, kas laikyti ant lentynos ginklą ir tikėtis, kad vaikas nenorės su juo pažaisti. Ne atsitiktinai COVID-19 pandemijos laikotarpiu JAV net 20 proc. išaugo greitosios pagalbos iškvietimų skaičius, susijęs su ūmiais apsinuodijimais nuo namų valymo chemijos.

Kita vertus, tyrimai patvirtina, kad ir ilgalaikis chemikalų poveikis mūsų mažiesiems yra gerokai stipresnis. Dažnos cheminės priemonės sudėtyje yra medžiagų, pažeidžiančių endokrininių liaukų darbą, medžiagų, kurios išlieka aplinkoje ilgą laiką ir nesuskyla, taip pat bioakumuliacinių medžiagų, kurios kaupiasi organizme ir kurios mūsų vaikams gali turėti ilgalaikių nenuspėjamų pasekmių (šias prognozuoti nelengva dėl mokslinių duomenų nepakankamumo).

Dar viena itin pažeidžiama grandis, kenčianti nuo cheminių valiklių poveikio, yra naminiai gyvūnėliai. Jau pats faktas, kad jie vaikšto ir kvėpuoja būdami arčiau cheminiais valikliais valomų grindų, sąlygoja didesnę chemikalų įtaką jų kvėpavimo sistemai ir odai, taigi – ir bendrai sveikatai bei gyvenimo trukmei.

Yra pažangesnių ir taupesnių alternatyvų

Tai, kad moksliniai tyrimai kviečia atsargiai vertinti arba apskritai nusisukti nuo cheminių valiklių industrijos, nereiškia, kad turime grįžti prie XIX amžiaus metodų. Actas, soda, citrinos rūgštis ar eteriniai aliejai yra puikios natūralios priemonės puoselėjant švarą namuose, tačiau jų poveikis turi ribas. „Eko“ ženklu pažymėtos valymo priemonės – taip pat ne išeitis: ekologinį sertifikatą turinčių preparatų vartojimas mėnesines išlaidas valymo reikmėms paverstų nepakenčiamomis.

Jei reikėtų įvardinti vieną bene sparčiausiai populiarėjančią ir sveikatai, aplinkai bei piniginei draugišką alternatyvą cheminei industrijai, tai būtų nanotechnologija pagrįsti sprendimai. Elektriniai nano prietaisai leidžia valyti skirtingus paviršius, pašalinant dėmes ir purvą be chemikalų, sunkiųjų metalų ar kitų toksinių medžiagų panaudojimo. Nanotechnologija įgalina individualių atomų ir molekulių  kontrolę nano lygmeniu (įsivaizdavimui – laikraščio lapas yra apie 100 000 nanometrų storio), o tai užtikrina žymiai kokybiškesnį įsiskverbimą į bet kurį paviršių.

Pastaraisiais metais Lietuvoje ypač išpopuliarėjo šia technologija paremtas „Rovus Nano“ garinis prietaisas. Kompaktiškas ir mobilus prietaisas skleidžia nanodalelių garus su neigiamaisiais jonais bei iki 10 kartų veiksmingiau įsiskverbia į bet kurio tipo grindų paviršių. Be to, tokia technologija leidžia ne tik sunaikinti 99,9 proc. virusų ir bakterijų, bet ir išvalyti patalpų orą. Šio prietaiso naudojimas nereikalauja jokių papildomų priedų ar investicijų bei leidžia per keliolika minučių saugiai ir veiksmingai išvalyti vidutinio dydžio butą.

Kita inovacija, kurią mūsų šalyje tik dabar atranda namų šeimininkai, yra ultravioletinius spindulius skleidžiantys siurbliai. Pavyzdžiui, lengvutis rankinis „Rovus Nano UV“ siurblys, kuriame integruota speciali UV-C spindulius skleidžianti lempa, sunaikina 99,95 proc. mikrobų, dulkių erkučių bei kitų mikroorganizmų. Ši jokio žalingo poveikio nedaranti priemonė gali tapti neatsiejama švaros ritualų dalimi, saugiai išvalant baldų apmušalus, patalynę ar net jautriausius tekstilės gaminius. Pabrėžtina, kad dėl naudojamo HAPE H13 filtro tokio siurblio į aplinką grąžinamas oras taip pat išvalytas nuo nešvarumų dalelių bei nedirgina kvėpavimo takų. O prietaiso naudojimas nereikalauja papildomų investicijų: visus nešvarumus siurblys renka ne į vienkartinius maišelius, o į lengvai išvalomą talpyklą.

Stebėtina, jog dėl sparčiai besivystančių technologijų, šiandien aukščiau įvardintų prietaisų kainos nesiekia nė triženklės sumos. Tai reiškia, jog net tuo atveju, jei jūsų visiškai nejaudintų cheminių valiklių pavojingas poveikis sveikatai arba dėl jų naudojimo augantis bendras planetos vandens ir dirvožemių užterštumas, pereiti prie saugesnės alternatyvos apsimoka jau vien iš pragmatinių sumetimų: investicija į nanotechnologijas atsiperka per kelis mėnesius ir leidžia daugiau niekad nešvaistyti pinigų neaiškaus poveikio chemikalams.

Apie naujausias medžiagas ir technologijas bei jų tendencijas, apie suvokimo ribas plečiančias inovacijas ir atradimus pasakoja Kauno technologijos universiteto Matematikos ir gamtos mokslų fakulteto (KTU MGMF) profesorius Tomas Tamulevičius.

–  Tomai, kokioje eroje gyvename dabar? Silicio? Grafeno? Kokią įtaką naujos medžiagos daro mūsų gyvenimams? Pramonei ir verslui?

–  Pažvelgus į sritis, kuriomis labiausiai domisi mokslininkai, ko gero, galėtume teigti, kad gyvename dvimačių medžiagų eroje. Be jūsų minėto silicio sunkiai išsiverstume, nes tai – visos elektronikos pagrindas. Kita vertus, tai tik fizinis padėklas, atspirties taškas, ant kurio, naudojant pažangiausius litografijos metodus švariuosiuose kambariuose, formuojami nanometrinių matmenų laidininkų kanalai, barjerai, elektrodai, kurie vėliau tampa išmaniųjų įrenginių varikliais, t. y. procesoriais, atmintimis ir t. t.

Rinkos tendencijas atspindintis Gordon E. Moore paskelbtas „dėsnis“ – kas dvejus metus padvigubinti tranzistorių tankį integriniuose grandynuose – skatina gamintojų progresą bei audrina vartotojų požiūrį į nuolat spartėjančius išmaniuosius įrenginius.

Būtent čia yra erdvės moksliniams tyrimams – tiek vystant nanometrinės raiškos litografijos technologijas, tiek vykdant išmanių medžiagų paieškas.

–  Milijoną kartų už popierių plonesnio 1 atomo storio grafeno atradimas sukėlė tikrą revoliuciją nanotechnologijose. Kuo grafenas ir kitos 2D medžiagos ypatingos? Kokios jų taikymo galimybės? Labai perspektyviai skamba taikymai medicinoje, bet kokiems sektoriams galite prognozuoti inovacijų proveržį?

–  Labai greitai po grafeno atradimo mokslininkams Andre Geim bei Konstantin Novasolev 2010 metais buvo paskirta Nobelio premija, kuri neliko nepastebėta ne tik fizikų, bet viso pasaulio mokslininkų. Dėl savo išskirtinių savybių, elektrinio laidumo, skaidrumo, mechaninių savybių grafenas yra labai patraukli medžiaga patiems įvairiausiems taikymams: nuo jutiklių ir alternatyvios energetikos iki biomedicininių taikymų ar filtrų.

Grafeno tyrimai prasidėjo nuo lipnios juostelės naudojimo atskiriems grafito sluoksniams atskirti nuo mums visiems įprasto bei kasdien naudojamo grafito, esančio pieštukuose. Deja, tai labai netechnologiškas procesas, o grafeno lakštai yra labai nedideli ir jų niekaip nepavyktų panaudoti masinėje elektronikos gamyboje.

Nepaisant itin didelių pastangų suformuoti pramonės poreikius atitinkančio dešimčių centimetrų ploto grafeno sritis, iki šiol kokybiškai to padaryti nepavyksta. Manyčiau, kad didžiausia sėkmė ištisinio grafeno auginimo srityje yra įvairių katalitinių paviršių naudojimas, tačiau tai techniškai apsunkina vėlesnį šios medžiagos panaudojimą, nes perkelti vieno atomo storio sluoksnį ant kito padėklo yra itin sudėtinga užduotis.

KTU „Santakos“ slėnio laboratorijose yra žengiami pirmieji žingsniai grafeno bei jo vertikalių nanostruktūrų (vertikalaus grafeno) auginimo tiesiogiai ant technologiškų silicio bei kvarco pagrindų. Pagrindinis vystomos technologijos privalumas – nereikalingas ir sudėtingas daugiapakopis grafeno perkėlimo procesas. Tai gali būti labai didelis žingsnis į priekį realiam grafeno pritaikomumui.

Pasaulį ištikus koronaviruso pandemijai buvo susidomėta grafeno, kaip barjerinės medžiagos virusams, tyrimais. Taip pat jis plačiai naudojamas kaip aktyvi medžiaga biojutikliams. Šiandien dar sunku atsakyti, kurioje grafeno taikymų srityje būtų galima sulaukti didžiausios sėkmės, bet ji akivaizdžiai nebetoli.

–  Kaip manote, ar turi potencialo šios inovacijos keisti pasaulį iš esmės? Kalbu apie tikrai didelio masto, pavyzdžiui, ekologinių ar energetinių problemų sprendimą?

–  Potencialo, žinoma, yra. Šiandieniame pasaulyje nuolat susiduriama su iškastinių medžiagų trūkumu. Skaidrūs liečiami (o greit ir lankstūs) ekranai, talpios automobilių bei namų reikmėms skirtos baterijos ar netgi saulės elektrinės tapo neatsiejama kiekvieno iš mūsų gyvenimo dalimi, o jų gamybai reikalingos naudingosios iškasenos, kurių ištekliai, deja, yra riboti.

Dėl naudingųjų iškasenų net įsiplieskia tarptautiniai konfliktai, pavyzdžiui, Kinijoje yra didžioji dalis indžio atsargų. Šiemet plačiai nuskambėjo elektromobilių ir baterijų gamintojos „Tesla“ noras užsitikrinti kobalto atsargų tiekimą ir t. t. tačiau silicio ir anglies išteklių, greičiausiai, niekada neišnaudosime, todėl alternatyvų iškastinėms medžiagoms paieška yra itin didelė paskata tyrėjams visame pasaulyje.

–  Nanotechnologijų kūrimo ir taikymo nauda akivaizdi, bet ar nekyla rizikų? Kokios grėsmės kyla nanotechnologijoms vis labiau skverbiantis į kiekvieno žmogaus gyvenimą?

–  Nanomedžiagų buvo sukurta tokia gausybė, kad dabar susiduriama su itin didžiuliu iššūkiu, vertinant jų visų poveikį aplinkai ir gyviems organizmams.

Bene labiausiai paplitęs nanomedžiagų vartojimo pavyzdys yra saulės kremai su titano oksido nanodalelėmis, kurios efektyviai sugeria saulės šviesą ir apsaugo mūsų odą nuo kenksmingų saulės skleidžiamų ultravioletinių spindulių.

Nanomedžiagos plačiai naudojamos siekiant pagerinti įvairių konstrukcinių medžiagų savybes: nuo asfalto ir betono statybose iki metalo automobilių pramonėje, tačiau tokiu atveju, jos yra surištos, o pavojų galėtų kilti, nebent jas perdirbant.

Kitas su nanomedžiagomis susijęs pavojus yra jų įkvėpimas, todėl tam tikrose pramonės srityse labai svarbu dėvėti atitinkamas apsaugos priemones, nors patys gaminiai vėliau nėra pavojingi.

Biomedicinoje bene labiausiai intriguojantis nanotechnologijų taikymas ir, žinoma, pavojai yra susiję su CRISP-Cas genų žirklėmis, kurios gali atlikti užprogramuotus genų pakeitimus gyvame organizme. Tikimasi, kad tai padės gydant daugelį kitais būdais neišgydomų, su netobula žmogaus genetika susijusių ligų, tačiau dar tik dabar pradedami pirmieji klinikiniai bandymai su žmonėmis.

Atlikti pirmieji tyrimai su žmogaus embrionų genų redagavimais sukėlė labai aštrių mokslininkų diskusijų dėl bioetikos. Naudojant šią technologiją yra reali tikimybė, kad genai bus pakeisti ne toje vietoje kur užprogramuota.

–  Nanotechnologijos keitė, keičia ir, panašu, kad toliau keis pasaulį. Kas laukia ateityje? Ar filmų vertas scenarijus su stebuklingomis medžiagomis ir savaiminiu žaizdų užgijimu/užsitraukimu gali tapti realybe? Kur brėžti ribą tarp mokslo ir mokslinės fantastikos?

–  Svajoti reikia, o mokslinė fantastika yra geras įkvėpimas mokslininkams ir inžinieriams. Tačiau reikia pripažinti, kad žaizdos pačios mums akimirksniu neužgis dar ilgai. Čia, manyčiau, tūkstantmečių sėkmingos evoliucijos arba neįtikėtinos genų inžinerijos sėkmės klausimas, tačiau nanotechnologijos jau šiandien gelbsti kovojant  su bakterinėmis infekcijomis.

Mūsų mokslinė grupė, bendradarbiaudama su Lietuvos sveikatos mokslų universiteto (LSMU) mokslininkais, yra sėkmingai parodžiusi, kad išmanūs pleistrai su nanokompozitinėmis medžiagomis, kuriose yra įterptos sidabro nanodalelės, žymiai paspartina žaizdų gijimą, net ir tais atvejais, kai infekcijos priežastys yra antibiotikams atsparios bakterijos.

Jūsų minimas scenarijus veikiau tikėtinas dirbtinai kuriamose inžinerinėse medžiagose ir dangose. Tuo, pavyzdžiui, itin domisi automobilių pramonė, kur jau dabar naudojami „užsigydantys“ dažai bei dangos.

–  Jūs pats turite sukauptą tikrai įspūdingą patirtį: dirbote ir dirbate ne vienoje mokslo grupėje, vykdėte daug skirtingų projektų. Metų pradžioje pradėjote vykdyti projektą su Europos kosmoso agentūra (EKA), kur sieksite panaudoti savo įdirbį kuriant ir tiriant nanokompozitines dangas. Papasakokite plačiau apie šią savo veiklos sritį.

–  Šiuo metu ir aš, ir kiti mūsų mokslinės grupės nariai, esame įsitraukę į keletą įdomių mokslinių projektų, kuriuose naudojame nanomedžiagas.

Jūsų paminėtame projekte, kurį finansuoja EKA, kartu su optinių dangų lazerinėms technologijoms gamintoju bendrove „Optonas“, siekiame panaudoti deimantiškosios anglies dangas, legiruotas sidabro nanodalelėmis šviesą neatspindinčioms juodoms dangoms. Tai ir iš teorinės, ir iš eksperimentinės pusės, įdomus uždavinys.

Ambicingi yra ir nacionaliniai projektai. Juose vystome nuo padirbinėjimo saugančius naujos kartos sprendimus – hologramas. Šios apsaugos nuo padirbinėjimo priemonės jau šiandien yra gaminamos mūsų startuolyje bendrovėje „Holtida“ ir naudojamos patiems įvairiausiems tikslams: nuo svarbių dokumentų, pavyzdžiui, diplomų, iki automobilių numerių ar detalių pakuočių autentiškumo užtikrinimo.

Naudodami lazerinį poveikį bei kartu nusodindami atitinkamas dangas, bandome sukurti hidrofobinius paviršius, atsparius biologinei taršai bei apkalkėjimui. Šie tyrimai yra aktualūs išmaniems vandens suvartojimo apskaitos prietaisams.

Taip pat šiuo metu kartu su bendrove „Ortho Baltic“, LSMU ir kitais KTU padaliniais vykdome tarpsritinį projektą – kuriame išmanų šuntą hidrocefalijai gydyti, o rudenį pradėsime įgyvendinti Mokslo, inovacijų ir technologijų agentūros (MITA) finansuojamą mokslinių tyrimų komercinimo programos projektą. Jo metu kartu su startuoliu UAB „Nanoversa“ dirbsime su dvimatėmis medžiagomis ir jų taikymais plazmoniniams jutikliams.

Tokia didelė projektų gausa būtų sunkiai įveikiama be studentų, todėl mes labai džiaugiamės, kad šiemet prie mūsų projektų vykdytojų prisijungė ir KTU MGMF studentai bei absolventai. Vykdant inovatyvius mokslinius tyrimus įdomios veiklos atsiranda nuolat, todėl laboratorijose esame atviri studentams, ieškantiems žinių ir turintiems noro, susidurti su mokslo naujovėmis.

–  Skamba išties labai įdomiai. Sprendimus kosmoso technologijoms kurti pradėjote ne iškart. Kaip atsidūrėte čia, kur dabar esate? Kokios žinios ir kompetencijos reikalingos norint dirbti medžiagų fizikos, nanotechnologijų srityje? Ką patartumėte jaunuoliui, nusprendusiam kurti inovacijas ir keisti pasaulį?

–  Patrauklios idėjos atsiranda bedirbant. Labai svarbu kūrybinga aplinka – smalsūs ir darbui atsidavę idėjiški bei pasaulinėms tendencijoms atviri tyrėjai.

Neprireiks adatų

Kraujo tyrimai be jokių adatų. Taip trumpai būtų galima apibūdinti trijų brolių Vizbarų įkurtos puslaidininkių fotonikos ir elektrooptinių sistemų gamybos įmonės „Brolis Semiconductors“ vieną pastarųjų pasiekimų, apie kurį plačiau tarptautiniame mokslo ir inovacijų renginyje „Sveikata visiems: mokslo ir inovacijų savaitė 2019“ pasakojo vienas kompanijos įkūrėjų Augustinas Vizbaras.

Kartu su LSMU Virškinimo sistemos tyrimų instituto mokslininkais sukurta inovatyvi kraujo biocheminių rodiklių technologija leidžia nuolat neinvaziniu būdu stebėti gliukozės, laktatų, šlapalo, serumo albumino ir kitų medžiagų koncentraciją sveikų ir sergančių asmenų kraujyje. Tyrime naudojama technologija nepažeis odos bei gleivinių, nesukels jokio skausmo ir rizikos per kraują perduoti pavojingas infekcijas.

„Mūsų kuriama technologija nėra tik vienas prietaisas, tai yra jutiklių technologijos platforma“, – apibūdino A.Vizbaras. Kalbėdamas apskritai apie įmonės veiklą, jis minėjo, kad pelną nešti ji pradėjo tik po ketverių veiklos metų, o apie 80 proc. darbuotojų yra inžinieriai-fizikai. Medikų, chemikų komandoje neturi – šią spragą užpildo glaudus  bendradarbiavimas su LSMU.

Atsiveria naujos perspektyvos

Renginyje dalyvavo ir bendrovės „Ferentis“, bendradarbiaujančios su LSMU, vadovas biofizikas Ramūnas Valiokas, kurio su kolegomis Vilniuje suburtas mokslinių tyrimų padalinys dirba nanotechnologijų srityje.

„Tiek biofizikos, tiek nanotechnologijų objektas yra sandūros tarp gyvųjų ir negyvųjų sistemų, pvz., ląstelių ir dirbtinių medžiagų. Šiose sandūrose apstu naujų reiškinių, kuriuos ištyrus ir supratus atsiveria naujos perspektyvos sprendimams biotechnologijose ir medicinoje“, – kalbėjo R.Valiokas.

Kaip sėkmingiausią bendrovės produktą jis įvardijo bendro steigėjo, Švedijoje dirbančio iš Indijos kilusio chemiko Dr. Jaywanto Phopase’o, sukurtą sintetinių baltymų technologiją. Ji leidžia efektyviai kurti medžiagas, tinkamas tiek žmogaus audinių modeliams mėgintuvėlyje, tiek naujos kartos implantams ir atkuriamajai medicinai.

„Kartu su nanotechnologijomis šios medžiagos turi puikias galimybes praplėsti atkuriamosios medicinos prieinamumą ir galimybes, neseniai atlikti pirmieji bandymai su gyvūnais tai patvirtina“, – aiškino R.Valiokas. Jis akcentavo, kad mokslininko profesija yra specifinė, pasižyminti daugybe įvairių, nuolat kintančių sąsajų su kolegomis visame pasaulyje, bendradarbiais, konkurentais, finansuojančiomis institucijomis, investuotojais ir pan.

„Dažni iššūkiai būna įgyti gebėjimus, kurie tarsi intuityviai nėra susiję su tiesioginiu darbu. Bet tai visada įmanoma ir įdomu. Bendradarbiavimas tarp skirtingų sričių mokslininkų, mokslo įstaigų ir kt. šiandieniame moksle dažniausiai jau yra kasdienybė. Retai kurioje mokslo srityje galima rasti solo modelį. Nors asmenybių, lyderių vaidmuo visuose bendradarbiavimuose išlieka esminis“, – sakė R.Valiokas.

Tiems, kurie svarsto rinktis mokslininko, išradėjo kelią jis patartų įgyti tvirtus pagrindus, paskui siūlytų skirti laiko akiračio praplėtimui, tarpdisciplininiams dalykams, netgi visai kitai specialybei. „Klausytis patyrusių kolegų patarimų, bet puoselėti savo idėjas ir sumanymus, drąsiai rinktis savo, o ne kieno nors primestą, kelią“, – patarė R.Valiokas.

Įvertina pakitimus, jų lygį

„Dirbtinis intelektas gali padėti išspręsti nemažą dalį medicinoje kylančių problemų, ypač radiologijoje“, – sakė bendrovės „Oxipit“ atstovas Naglis Ramanauskas, radiologas rezidentas, kuris dar studijuodamas mediciną nusprendė pasinerti ir į dirbtinio intelekto sritį.

Renginio dalyviams jis pasakojo apie su kolegomis sukurtą dirbtiniu intelektu paremtų radiologinės diagnostikos trijų įrankių rinkinį „Chest Eye“.

Dirbtinis intelektas gali padėti išspręsti nemažą dalį medicinoje kylančių problemų, ypač radiologijoje.

Jie skirti radiologams. Vienas padeda įvertinti vaizdą, padidina radiologinės diagnostikos tikslumą, efektyvumą, mažina galimų klaidų skaičių, veikia greitai, tad kartu ir taupo specialistų bei pacientų laiką. Kitas įrankis,  dar prieš specialistui atsidarant vaizdus, juos jau būna suklasifikavęs pagal įžvelgiamos patologijos rimtumą. Trečiasis – edukacinis įrankis, taip pat dirbtiniu intelektu paremtas paieškos jau aprašytų radiologinių atvejų duomenų bazėje sprendimas.

N.Ramanauskas atkreipė dėmesį, kad kurti sveikatos srities inovacijas yra sudėtingiau nei kitų sričių, nes čia griežtesnė nei kitur reguliacija, būtinas itin aiškus mokslinis pagrindimas bei saugumas.

Apdovanotos geriausios idėjos

Pastarąją savaitę LSMU buvo pristatomi įdomiausi ir inovatyviausi sveikatos priežiūros sistemą tobulinantys sprendimai bei idėjos, moksliniai darbai ir inovacijos, gaminiai ir paslaugos. Svarbi renginio dalis buvo ir sveikatos priežiūros srities aktualijos inovacijų srityje.

Šio tarptautinio mokslo ir inovacijų renginio, skirto mokslinių tyrimų rezultatų sklaidai didinti, bendradarbiavimui ir ryšiams su verslu stiprinti, jauniesiems talentams ugdyti ir telkti, mokslinių tyrimų plėtrai su diskusijomis apie inovacijų svarbą skatinti, mokslinėms žinioms pritaikyti, metu buvo galima susipažinti ir su gimnazistų, studentų, jaunųjų mokslininkų idėjomis.

Renginio metu buvo galima susipažinti ir su gimnazistų, studentų, jaunųjų mokslininkų idėjomis, geriausiųjų autoriai buvo apdovanoti.

Geriausių idėjų, darbų autoriai buvo apdovanoti. Komisijos, sudarytos iš inovatyvaus verslo, universiteto, verslumo skatinimo organizacijų atstovų, sprendimu, po tūkstantį eurų bei nepiniginiais prizais buvo apdovanoti Kauno technologijos universiteto atstovė Neringa Šeperienė, pristačiusi kuriamą vėžio gydymo kokybės sekimo įrenginį, LSMU studentas Laurynas Skrodenis su komanda, kuri pristatė kuriamą automatizuotą 2D echokardiogramos analizatorių bei LSMU atstovė Rugilė Dauliūtė su komanda, pristatę arklių radiologijos programinę įrangą. Apdovanoti buvo ir kiti jaunieji mokslininkai.

Įspūdinga savaitė

„Ši savaitė buvo tikrai įdomi. Jos renginiai neabejotinai prisidėjo plėtojant universiteto inovacijų kultūrą ir skatino tyrėjus bendrauti su verslu. Tikimės, kad bendrų mokslo-verslo iniciatyvų skaičius dar labiau didės“, – kalbėjo LSMU prorektorė mokslui prof. habil. dr. Vaiva Lesauskaitė.

Anot jos, svarbiausia turėti idėją ir siekį ją realizuoti. Kaip dar vieną pavyzdį ji pateikė ir sėkmingai veikiančią LSMU doktoranto Liudo Šlepiko įkurtą bendrovę „SynHet“.

„Plėtojant inovacijų kultūrą, universitetas stengiasi suteikti reikiamų žinių ir ne tik mokslo srityje. To pavyzdys – mokslo ir inovacijų savaitė, LSMU rengiama kasmet“, – teigė V.Lesauskaitė, pridūrusi, kad galimybes taip pat išplečia LSMU ir KTU dalyvavimas Europos inovacijų ir technologijų instituto (EIT) Sveikatos platformoje, nes šis institutas finansuoja studentų ir doktorantų verslumo mokymus įvairiose Europos šalyse.

Mes aplinkui matome šaligatvius, dviračių takus, gatves, bet ar pagalvojame apie tai, ką matome? Kodėl gatves asfaltuojame, o šaligatvius klojame iš trinkelių? Ar žinote, kad keliai gali būti betonuojami? Didžią dalį tokių kelių pamatome JAV, Kinijoje, Rusijoje ir Europoje – visur, kur juda sunkiasvoris transportas. Lietuvoje mes esame pripratę prie „smalos“ po kojomis. Asfaltą lengviau pakloti, lengviau prižiūrėti ir jis yra pigesnis, tačiau jis neatlaiko didelių svorių. Neatlaiko, jei jam nepadeda mokslininkai, kurie pasitelkia naujausias nanotechnologijas ir pagamina ypač dideles apkrovas atlaikantį asfaltą. Toks asfaltas gali būti naudojamas visur, kur yra ypač dideli svoriai – oro uostuose, jūrų uostų krantinėse ir keliuose.

Kiekvienas kelias, šaligatvis ir dviračių takas yra kruopščiai projektuojamas: skaičiuojami srautai, apkrovos, planuojamos inžinerinės komunikacijos bei vandentiekis ir dujotiekis. Net paprastas dviračių takas reikalauja įvairiausių skaičiavimų: kur mažesnis dviratininkų srautas ir eina šaligatvis, dviračių takus praktiškiau kloti iš plytelių. Jos pristabdo dviračius, sumažina riedėjimo greitį ir daro saugesnį praeivių gyvenimą. Esant dideliems srautams, specialistai projektuoja dviračių takus iš asfalto. Ką bekalbėti apie sudėtingus oro uosto pakilimo takų projektus. Lietuvos kelininkai sugeba įgyvendinti ambicingus projektus, o mūsų šalis vis labiau tolsta pagal naujų kelių kokybę nuo buvusio sovietinio bloko šalių.

Netrukus maisto produktams, pagamintiems taikant nanotechnologijas, taip pat iš dumblių ar vabzdžių, patekti ant europiečių stalų gali būti gerokai paprasčiau, o dalis mūsų šalies politikų dėl to nuogąstauja ir mano, kad Lietuva turėtų ginti savo rinką nuo maisto, kurio poveikis sveikatai nėra ištirtas, rašo "Lietuvos žinios".

"Lietuvoje galime visiškai apsirūpinti tradiciniais maisto produktais. Tiek genetiškai modifikuoto maisto, tiek naujų technologijų įvedimas Lietuvoje turėtų būti draudžiamas", - įsitikinęs europarlamentaras Aplinkos, visuomenės sveikatos ir maisto saugos komiteto narys Valentinas Mazuronis.

Seimo Sveikatos reikalų komiteto vicepirmininkas Antanas Matulas taip pat skeptiškai vertino Europos Sąjungos (ES) institucijose svarstomą projektą, pasal jo, nors kai kuriose srityse, pavyzdžiui, registruojant vaistus, yra bendra ES leidimų sistema, su maisto produktų licencijavimu esą reikia būti labai atsargiems.

"Lietuva visą laiką kiek įmanoma stengėsi apginti savo rinką nuo genetiškai modifikuotų, nanotechnologijų maisto produktų. Dabar svarstome įstatymo projektą, kuriuo siūloma ant produkto nurodyti, kad jis nėra moksliškai ištirtas", - pažymėjo A. Matulas, taip pat pridūręs, kad nežinoma, ar naujoviški maisto produktai tikrai yra saugūs, ar po kelerių metų nepaaiškės neigiamas jų poveikis sveikatai.

Jis sutinka, kad kaip ir sveikatos sistemoje, taip ir maisto saugos srityje ES turėtų palikti šalims narėms nemažą galimybę pačioms apsispręsti.

16-metė vilnietė Laura Steponavičiūtė pirmą kartą šalies istorijoje pateko į „Google“ rengiamos mokslo mugės (Google Science Fair) finalą. Finale, vyksiančiame rugsėjo 21–22 dienomis Kalifornijoje, varžysis 20 jaunųjų mokslininkų iš viso pasaulio.

Lietuvos mokinių neformaliojo švietimo centro projekto „Mokinių jaunųjų tyrėjų atskleidimo ir ugdymo sistemos sukūrimas“ Jaunųjų tyrėjų klubo narė Laura Steponavičiūtė konkursui pateikė darbą apie nanodalelių poveikį gamtai.

„Nanotechnologijos – perspektyvi mokslo sritis, o nanoproduktai vis dažniau naudojami kasdieniame žmonių gyvenime. Tačiau vis dar turime mažai informacijos apie nanodalelių poveikį žmogaus sveikatai ir aplinkai, todėl savo darbe nusprendžiau ištirti, kaip nanodalelės veikia sausumos ir vandens augalus“, – pasakoja nuo vaikystės gamtos mokslais besidominti mergina. 

Jaunoji tyrėja aiškinosi, kaip nanodalelės veikia pupeles ir vandens dumblius. Ji nustatė, kad nanodalelės skatina pupeles augti, o nepaisant to, kad vandens dumblių ląsteles nanodalelės žaloja, tam tikra jų koncentracija vandenyje taip pat skatina dumblių augimą.

„Google“ mokslo mugė – nuo 2011 m. rengiamas tarptautinis mokslo ir technologijų konkursas, skirtas 13–18 metų mokiniams. Jaunųjų mokslininkų darbus vertins įvairiuose pasaulio universitetuose ir mokslo centruose dirbantys mokslininkai, „Google“, „National geography“, „LEGO“, „Scientific American“, „BBC“ ir kitų pasaulinio garso organizacijų atstovai.

Mokslas padovanojo žmonijai daug nuostabių technologijų, tačiau pažanga ne visose srityse tokia sparti, kaip norėtųsi. Jeigu automobiliai tobulėtų tokiu pat greičiu, kaip kompiuterinė technika, su vienu litru degalų turėtume lengvai nuvažiuoti bent tūkstantį kilometrų.

Mokslininkai dažnai susiduria su materijos pasipriešinimu – norint pakeisti medžiagų savybes, pritaikyti jas mūsų poreikiams, reikia daug kantrybės ir išradingumo. Viena tokia sritis – puslaidininkinės medžiagos. Galima drąsiai teigti, jog tai moderniosios civilizacijos pagrindas. Iš silicio, germanio, telūro, seleno sukurti kompozitai naudojami gaminant tranzistorius, integrines schemas, saulės elementus, fotodetektorius ir šviestukus.

Puslaidininkinių lazerių ir šviestukų paklausa sparčiai auga, rinka reikalauja vis efektyvesnių, ilgiau veikiančių ir ryškiau šviečiančių komponentų. Nors šviestukų kūrėjai jau yra pelnę dvi Nobelio premijas 2000-aisiais ir 2014-ais metais, ši sritis tebėra viena paslaptingiausių. Pavyzdžiui, kol kas nepavyksta sukurti našių šviesos šaltinių žaliosios ir raudonosios spektrų srityse.

Lietuvos optinės diagnostikos ir optoelektronikos specialistai kartu su pasauliu mėgina įminti šią technologinę mįslę.

VU fizikas prof. Kęstutis Jarašiūnas sako, kad šviestukai – žinomi prietaisai, bet egzistuoja viena fundamentali problema – kodėl stiprios injekcijos sąlygose, norint gauti kuo didesnę galią, nepavyksta to padaryti.

Lietuviai bando įminti mįslę

Šiuo metu VU Taikomųjų mokslų instituto optoelektronikos skyriaus ir Pažangiųjų technologijų skyriaus fizikai baigia vykdyti projektą „Optoelektronikos poreikiams skirtų nitritinių junginių heterosandarų netiesinė optinė ex situ diagnostika ir optimizavimas“, kurio tikslas – suvokti puslaidininkinėse medžiagose vykstančius procesus ir teikti rekomendacijas technologams. Buvo sukurta tyrimų bazė, kurioje naudojamos modernios lazerinės sistemos ir įvairūs optinės diagnostikos metodai.

„Pradžioje juos tyrėme objektuose, kurie buvo gaminami ne Lietuvoje. O dabar dirbame su kolegomis, kurie turi visas reikalingas šviestukų gamybos technologijas“, – „Mokslo ekspresui“ pasakoja K. Jarašiūnas.

Ne tik Lietuvos fizikai mėgina įminti šviestukų galios deficito mįslę. O kol kas kai kurios kompanijos šią problemą sprendžia, tiesiog padidindamos gaminamų šviestukų plotą. Akivaizdu, jog tik sudėtingi kompleksiniai tyrimai leis pasiekti lūžį.

„Į šviestukus per kontaktus injektuojami krūvininkai, kurie susitikę spinduliuoja šviesą. Bet tik ne nedidelė jų dalis atlieka šią funkciją. Mus domina – kur išnyksta likusieji? Eksperimentuose mes imituojame tuos procesus, naudodami lazerius. Stebime krūvininkų elgesį per pirmąsias kelias milijardines sekundės dali“, – teigia K. Jarašiūnas.

Manoma, kad būtent tos sekundės dalys ir lemia galutinį rezultatą – galios išeigą. Problema ne tik ta, kad krūvininkai paslaptingai išnyksta. Taip pat neaišku, kodėl jie neatsiranda toje vietoje, kur galėtų spinduliuoti.

„Kai atsiranda nuostoliai, visi galvoja, kad yra pakankamai krūvininkų, bet jie kažkur nuteka. Mes galvojame, kad jie nepasiekia tų kanalų. Kad jų ten tiesiog nėra. Tai keičia požiūrį į tą problemą“, – tvirtina K. Jarašiūnas.

Priminsime, kad svarbiausia šviestuko dalis, lemianti jo efektyvumą – aktyvioji sritis, kurioje krūvininkai – elektronai ir skylutės rekombinuoja. Šią sritį sudaro kvantinių duobių (arba šulinių) ir barjerų periodinė sluoksninė sandara. Tokie sluoksniai auginami epitaksijos būdu specialiame reaktoriuje, kuriame vandenilio arba azoto atmosfera prisotinama metaloorganinių medžiagų ir amoniako garų.

Indžio Galio nitrido sluoksniai yra nevienalyčiai, nes juose indžio atomai pasiskirsto nevienodai. Todėl ir spinduliuotės intensyvumas skirtingas: stipriau šviečia sritys, kuriose indžio kiekis didesnis. Mat krūvininkams energetiškai palankiau užimti vadinamuosius lokalizacijos centrus. Kadangi užauginamos reaktoriuose medžiagos struktūriškai netobulos, lokalizacijos centrai išsidėstę erdvėje gana chaotiškai. Tamsiose zonose tarp jų tūno krūvininkai, taip ir nepasiekę centrų.

„Manome, kad kai jų yra pakankamai, jie neužpildo tų centrų ir lieka tamsiose zonose, kur negali šviesti. Jie nyksta kitaip. Tai panašu į statybas. Kažkas veža žaliavas, kurias statybininkai mūrija. Todėl sakome, kad medžiagų trūksta – statybininkai dirba iš peties“, – teigia K. Jarašiūnas.

Tokio puslaidininkinio sluoksnio plokštuma primena dangų, kuriame žvaigždės šviečia nevienodai ryškiai, o žvaigždynai išsibarstę netvarkingai. Didinant struktūros sužadinimą lazerio spinduliu, tos „žvaigždės“ susilieja. Tačiau įvairios zonos vis tiek spinduliuoja nevienodai.

„Prasideda chemikų, fizikų bendravimo darbai. Ne mes vieni tuo rūpinamės, visas pasaulis ieško priežasčių. Kitose medžiagose tokios problemos nėra. Tai yra šios medžiagos savybė. Reikia ieškoti būdų, kaip ją sintetinti kokybiškesnę“, – tvirtina K. Jarašiūnas.

Tai galima palyginti su vėžio problema – nors patologijos priežastys iš principo aiškios, kol kas nežinia, kaip išspręsti šią problemą. Kristalų augintojai taip pat sako turį sprendimo būdų, tačiau jie brangiai kainuoja. Pavyzdžiui, galima auginti sluoksnius ne ant safyro kristalo, bet ant Ganitrido padėklo, tačiau tokio šviestuko kaina išaugtų šimtą kartų.

„Projekto tikslas – sukurti metodus, leidžiančius giliau pažvelgti į vyksmus medžiagoje. Tie metodai turi parodyti krūvininkų pasiskirstymą laike, energetinėje erdvėje ir spektrų erdvėje. T.y., sukurti spektriškai, laikiškai ir erdviškai kontroliuojamus diagnostikos metodus. Mes tai padarėme kartu su technologais“, – sako K. Jarašiūnas.

Lietuvos fizikai naudoja naujus, pačių sukurtus kompleksinius tyrimus. Holografinis matavimo būdas leidžia giliau įžvelgti krūvininkų judėjimo ypatumus, jų persiskirstymą erdvėje, gyvavimo trukmes, pamatyti spąstus, į kuriuos jie pakliūva. Pagrindiniai tyrimų instrumentai – Lietuvoje pagaminti pikosekundiniai ir femtosekundiniai lazeriai. Atominės jėgos mikroskopu galima pamatyti defektus užaugintuose sluoksniuose, taip vertinant struktūrinę užaugintų sluoksnių kokybę.

„Mūsų tikslas – suvokti vyksmus ir ta patirtimi dalijantis su užsienio partneriais, kooperuotis sprendžiant tolesnius uždavinius. Antai amerikiečiai, pasinaudoję mūsų lietuviškomis diagnostikos priemonėmis, sugebėjo pagaminti efektyvesnius gilaus UV šviestukus“, – tvirtina K. Jarašiūnas.

Naudojant metalo oksidų garų fazės epitaksijos metodą, kelis milijonus litų kainavusiame reaktoriuje gimsta daugiasluoksniai puslaidininkiai, kurios ir tiria prof. Kęstučio Jarašiūno grupės mokslininkai.

Masinėje gamyboje kol kas pritaikoma sunkiai

Technologas, dr. Arūnas Kadys teigia, kad šiame projekte mūsų pagrindinė užduotis buvo technologiniai tyrimai. Reikėjo epitaksiniu būdu užauginti šviestukų aktyviąsias sritis, keičiant auginimo parametrus, aktyvių sričių sluoksnių storius. Keičiant sudedamąsias medžiagas, metalų koncentracijas, ieškoti optimalių auginimo sąlygų tam tikroms kvantinėms duobėms, kurios tenkintų projekto tikslus.

Tyrėjai prisipažįsta, kad sunkiausia šio projekto metu buvo užauginti sluoksniuotą struktūrą, kuri būtų naudojama žalia spalva šviečiantiems šviestukams gaminti ir jų savybėms tirti.

„Mes naudojome nemažai technologinių gudrybių, pavyzdžiui, įtempimo inžineriją. Auginome kvantines duobes, naudodami įvairias sluoksnių konfigūracijas, daugybinius sluoksnius, gradientinius sluoksnius, kurie pagerino tų kvantinių duobių kristalines savybes ir optines savybes“, – sako A. Kadys

Naudojant epitaksijos technologiją, auginamo kristalo gardelės savybės atitinka padėklo, ant kurio auginamas kristalas, savybes. Pagrindinė problema – kaip užauginti kokybišką struktūrą su kvantinėmis duobėmis ant padėklo, kurio gardelės parametrai skiriasi nuo mūsų auginamų kristalų parametrų. Kuo didesni gardelės parametrų nesutapimai tarp padėklo ir auginamo sluoksnio arba tarp atskirų struktūrą sudarančių sluoksnių, tuo labiau tie sluoksniai įtempiami. Pasiekus tam tikrą ribą, auginamo sluoksnio įtempimas mažėja dėl susiformuojančių kristalinių defektų. Todėl teko gudrauti.

„Gradientiniai sluoksniai tolygiau paskirsto gardelėje atsirandančius įtempimus. Tai pagerina ir ant tokio sluoksnio užaugintų kvantinių duobių ar kvantinių lakštų kristalines kokybes. K. Jarašiūno grupė tyrinėjo optoelektrinius parametrus“, – pasakoja A. Kadys

Pagrindinis tikslas – užauginti kuo labiau monokristalinį sluoksnį. Idealus kristalas šviestukams tiktų labiausiai, nes pasižymėtų didžiausiu kvantiniu našumu. Deja, šiuo metu tai sunkiai pasiekiama. Be to, šviestuke kvantinės duobės įkalina krūvininkus tik viena kryptimi. Kvantinės duobės sluoksnio plokštumoje elektronai juda laisvai.

„Aišku, būtų idealu padaryti šulinius trimačius arba taip vadinamus kvantinius taškus. Tada būtų dar efektyvesnis šviesos diodas. Bet tai susiję su sudėtingesniais technologiniais sprendimais“, – teigia A. Kadys

Pasaulyje jau galima rasti tokiu būdu pagamintų prietaisų. Tačiau kol kas ši technologija sunkiai pritaikoma masinėje gamyboje dėl papildomų brangių ir sudėtingų technologinių procedūrų. Tokios užaugintos kvantinės duobės vadinamos skylėtomis duobėmis. Parinkus tinkamas auginimo sąlygas, galima susiformavusius nanometrinius sluoksnius išgarinti tam tikrose plokštumos vietose. Likę InGa nitrido lopinėliai suformuotų trimačius šulinius.

„Tai nebūtinai teisingas kelias. Tai gali padidinti kvantinį našumą, bet kartu sumažinti bendrą plotą, iš kurio išspinduliuojama šviesa“, – teigia A. Kadys

Kitaip sakant, tenka vėl pakartoti pradžioje išsakytą teiginį, jog gamta nenoriai pasiduoda manipuliacijoms. Tačiau žingsnis po žingsnio artėjama prie tikslo. Projekto metu pavyko sukurti daugiafunkcinę matavimo sistemą, leidžiančią optiniais metodais sekti labai sparčius vyksmus kvantinėse sandarose, taip įvertinant užauginto sluoksnio elektrines ir optines savybes ir pagal jas prognozuoti, ar sandara tinka šviestuko gamybai. Testavimas atliekamas lazerio pluošteliu sužadinus elektronus kvantinėje sandaroje ir stebint jų elgesį.

„Kompleksiniai matavimai parodo, kad krūvininkai pasidaro labai judrūs, jie išplinta spektre ir erdvėje. Tada nėra susifokusavimo į tam tikrą spektro dalį. Jie visur išsibarsto ir negali efektyviai šviesti. Problemos atsiremia į technologiją – kaip juos sugrupuoti“, – teigia A. Kadys.

Keičiant auginimo sąlygas bei sandarų vidinę struktūrą, buvo užaugintos šviestukų aktyvios sritys. Jos palygintos pagal emisijos parametrus, nustatytos optimalios auginimo sąlygos. Optimizuotos auginimo technologijos leido pasiekti beveik 40 proc. efektyvumą.

„Esame pateikę labai daug struktūrų K. Jarašiūno grupei. Jie daug ką ištyrė. Parašė ne vieną straipsnį, kur pateikiama naujų žinių, kaip pagerinti šviestukų efektyvumą“, – „Mokslo ekspresui“ sako A. Kadys.

„Jeigu pavyktų su ta pačia technologija padaryti raudoną, žalią ir mėlyną šviestukus, tada gausime baltą spektrą. Šiuo metu elgiamasi paprasčiau: mėlynas šviestukas padengiamas liuminoforu“, – teigia A. Kadys.

Galbūt galios deficito problemą pavyks išspręsti kitais būdais? Prinstono universiteto mokslininkai sugebėjo keliasdešimčia procentų padidinti iš lanksčių anglimi pagrįstų lakštų pagamintų žalių šviestukų našumą. Paprastai labai maža šviesos dalis – vos keli procentai sugeba pasprukti iš šviestuko struktūros.

Vieno mokslininko grupės nariai sukūrė nanostruktūrą, pavadintą „PlaCSH“ (plazmoninė ertmė su mažesnio nei šviesos bangos ilgis skylučių matrica). Ji 60 proc. padidino šviesos išeigą ir net 400 procentų – iš šviestukų pagaminto ekrano vaizdo kontrastą.

Šis pavyzdys liudija, kad žmogaus išradingumas gali įveikti net milijonus metų patirties turinčios gamtos apribojimus.

Laidą „Mokslo ekspresas“ per LRT Televiziją žiūrėkite šeštadieniais, 11:40 val.

Mūsų kūno ląstelė primena miestą. Joje yra biblioteka – DNR grandinė, paštas – Goldžio aparatas, elektrinės – mitochondrijos. Mikrotubulės ir aktino gijos atlieka greitkelių funkciją, o kinezino ir dineino molekulės keliauja jomis it sunkvežimiai, gabenantys įvairias medžiagas. Yra netgi atliekų sąvartynai – lizosomos.

Tokiame mieste darbuojasi milijonai mašinų, sukasi milijardai variklių. Tad kodėl žmonės negalėtų sukurti panašių į juos, kurie atliktų papildomas funkcijas, taisytų gamtos klaidas arba net patobulintų kai kuriuos ląstelės komponentus?

Nanomokslo vizijų era prasidėjo 1986 metais, kai Masačusetso technologijų instituto inžinierius Ericas Drexleris išleido knygą „Engines of Creation. The coming era of nanotechnology“. Jo idėjos apie iš molekulių sukonstruotus robotus pasirodė neįgyvendinamos. Tačiau mokslininkai surado kitų būdų, kaip sukurti nanomašinas. Jie atidžiau pažvelgė į ląstelę ir ėmė iš jos mokytis.

„Dalį tų problemų gamta yra gražiai išsprendusi ir sukūrusi daug nanorobotų. Daugelis fermentų ir panašių į fermentus struktūrų juda, atlieka įvairias manipuliacijas ir kartu katalizuoja chemines reakcijas. Tos problemos buvo išspręstos gamtos iki E. Drexlerio. Tokių veikiančių struktūrų gamtoje galima rasti daug“, – sako biochemikas prof. Arūnas Ramanavičius.

Nanopasaulį valdo atsitiktinumo ir būtinybės sąjunga

Ląstelėse be paliovos siaučianti molekulinė audra suteikia energijos tokioms mašinoms veikti, o jos susiformuoja pačios iš atskirų komponentų. Šie procesai jau gana gerai aprašomi, remiantis matematikos ir fizikos dėsniais. Nanopasaulį valdo atsitiktinumo ir būtinybės sąjunga. Tereikia tuo pasinaudoti.

Fizinių ir technologijos mokslų centre ir VU Chemijos fakultete besidarbuojantis prof. A. Ramanavičius su kolegomis kuria savaime susirenkančius nanorobotus, kurie galėtų būti naudojami įvairioms ligoms, ypač vėžinėms gydyti. Jie tą atliktų labai tiksliai ir efektyviai. Projektas vadinasi „Polimerais ir biologiniu atpažinimu pasižyminčiomis struktūromis modifikuoti fermentai selektyviam ląstelių poveikiui“.

„Bandome susintetinti tokias nanostruktūras, kurias suformuotų ir biologinės molekulės, ir įvairios kitokios nanostruktūros. Tokie dariniai prisijungtų prie vėžinių ląstelių ir bandytų jas paveikti. Geriausias poveikis būtų kaip nors jas nužudyti“, – aiškina A. Ramanavičius.

Planuojama sukurti specialų konteinerį – Trojos arklio analogą, kuris nepastebimai prisiartintų prie pasmerktos ląstelės, ją atpažintų ir po to pradėtų operaciją. Šio konteinerio turinys negrįžtamai pažeistų ląstelę ir tai įjungtų užprogramuotą jos žūties – apoptozės – mechanizmą.

Pasaulyje jau naudojami pasyvūs nanokonteineriai su vaistų molekulėmis, kurie savo turinį priverčiami išmesti, tik priartėjus prie taikinio. Taip mažiau nuodijamas organizmas, o vaistai veikia efektyviau. Pavyzdžiui, keliasdešimties nanometrų skersmens pūslelės su aukso nanodalelėmis, pasiekusios tikslą, suardomos naudojant infraraudonųjų spindulių lazerį. Tačiau Lietuvos mokslininkai teigia, kad jų strategija kitokia.

„Koncepcija šiek tiek skiriasi nuo tos, kuomet vaistai pristatomi į vėžinę ląstelę. Mes kuriame tokias struktūras, kad jos gebėtų pagaminti vaistą šalia vėžinės ląstelės. Būtų toks neišsemiamas to vaisto fabrikėlis. Nereikia atgabenti didelio konteinerio, bet pakanka atgabenti struktūras, kurios gamina vaisto molekules“, – pasakoja mokslininkas.

Efektyviausia – manipuliuoti gamtos sukurtomis struktūromis

Sukonstruotos molekulinės mašinos, naudodamos šalia ląstelės esančias nekenksmingas medžiagas, jas paverstų nuodingomis. Tokios cheminės reakcijos yra gana paprastos. Pavyzdžiui, iš kraujyje nuolat esančios gliukozės būtų gaunamos tokios medžiagos, kaip vandenilio peroksidas, kurios skatintų itin žalingų gyvoms sistemoms laisvųjų radikalų ar kitų aršių medžiagų atsiradimą.

Mokslininkai suprato, kad efektyviausias kelias – manipuliuoti struktūromis, kurias sukūrė gamta. Gamtos siūlomas statybinių blokų asortimentas didžiulis, bet kai kurių technologinių sprendimų gamta dar neišrado. Todėl tyrėjams tenka modifikuoti gamtines struktūras, jas tobulinti.

„Pavyzdžiui, sukuriame ant baltymų tam tikrus polimerinius sluoksnius, tikėdami, kad tie sluoksniai apsaugos tuos baltymus nuo imuninės sistemos poveikio, ir taip pat prie tų struktūrų kabiname kitus baltymus. Vieni baltymai atpažįsta paviršines ląstelių struktūras, kiti gamina veikliąsias medžiagas. Šitoje vietoje reikalingas tam tikras chemikų indėlis. Reikia cheminėmis reakcijomis sujungti viską į vieną veikiančią struktūrą“, – teigia A. Ramanavičius.

Projekte dalyvauja įvairių sričių specialistai. Maždaug penktadalį jų sudaro biochemikai. Tiek pat darbuojasi chemikų, o kartu su jais – fizikai ir biofizikai. Toks bendradarbiavimas būtinas, siekiant įminti nanopasaulio paslaptis. Gamtos dėsniai čia veikia kitaip. Pavyzdžiui, jame susilieja elektrostatinė, cheminių ryšių, mechaninė ir šiluminė energijos. Būtent tai leidžia savarankiškai susikonstruoti molekulinėms mašinoms, vieną energijos formą lengvai verčiančioms kita.

„Mes esame pasirinkę maždaug tris skirtingas ląstelių linijas. Naudojame ir mieles, kadangi jas lengva auginti. Taip pat numatome naudoti b limfocitus ir dar kai kurias ląsteles“, – sako biochemikas.

Nanorobotų konstravimas prasideda gana paprastai – cheminėje kolboje. Pasirinkti fermentai, naudojant įvairias polimerizacijos reakcijas, padengiami polimeriniu sluoksniu ir tampa neatpažįstami imuninei sistemai. Tačiau jų katalitinė funkcija išlieka.

„Tada vėl, atlikdami chemines manipuliacijas, sukuriame tam tikras grupes, prie kurių galima jungti receptorius atpažįstančius baltymus arba antikūnus, suteikti šitai struktūrai atpažinimo funkciją. Tam, kad visą tą struktūrą galima būtų sekti, prikabiname kokią nors fluorescuojančią žymę. Tai gali būti fluorescuojantis kvantinis taškas arba organinės molekulės – fluoresceinas arba panašios“, – pasakoja A. Ramanavičius.

Fermentas privalo kuo ilgiau išlikti nepastebėtas

Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad viską galima padaryti kolboje. Tačiau norint sėkmingai baigti kiekvieną iš šių etapų, reikia atlikti daug mokslinių tyrimų. Laimė, mokslininkai ir inžinieriai sukūrė nemažai unikalių prietaisų, padedančių iš labai arti pažvelgti į nanopasaulį. Todėl galima įvertinti, kokio dydžio susidarė polimeru padengtos nanodalelės su fermentais jų viduje.

Naudojant atominės jėgos mikroskopą, įvertinama jų forma ir kitos morfologinės savybės. Mat tik į vieningą sistemą sujungus visas roboto dalis, jis sugeba atlikti numatytas funkcijas. Taip pat būtina įsitikinti, ar visi komponentai tebėra aktyvūs. Ir svarbiausia – nustatyti, ar tokios modifikuotos biologinės kilmės medžiagos gali sąveikauti su ląstelės paviršiuje esančiais receptoriais.

„Tada mums labai praverčia lipsometrijos tyrimai. Taip pat paviršiaus plazmonų rezonanso įrenginys padeda nustatyti, kaip tokios nanodalelės atpažįsta tas struktūras, o atominės jėgos mikroskopas gali apčiupinėti paviršių ir surasti, kiek tokių struktūrų prisijungia prie paviršiaus“, – sako profesorius.

Kartais nanorobotų kūrimo metodai praverčia ir karo pramonėje, arba atvirkščiai. Pavyzdžiui, fermentams padengti naudojamas polimeras, paverčiantis šią molekulę nematoma imuninei sistemai, tą pačią funkciją atlieka ir aviacijoje, konstruojant lėktuvus. Tai „stealth“ technologijos dalis.

„Preliminarių tyrimų metu pastebėjome, kad jis pakankamai biologiškai draugiškas, nesukelia imuninio atsako. Kadangi fermentas, sudarantis mūsų nanodalelės šerdį, yra labai imunogeniškas ir sukelia stiprų imuninį atsaką, jo į organizmą nebūtų galima įleisti“, – aiškina A. Ramanavičius.

Štai kodėl fermentas, kuris it koks Betmenas privalo kuo ilgiau išlikti nepastebėtas, kad turėtų laiko pasiekti tikslą – prisigretinti prie vėžinės ląstelės ar kito taikinio, apvelkamas polimeru.

„Po to prasideda įvairios cheminės modifikacijos. Įvedamos tam tikros funkcinės grupės, jos modifikuojamos, prasideda „molekulinio lego“ žaidimas. Be abejo, kiekviename etape reikia daug ką tirti, keisti“, – pasakoja A. Ramanavičius.

Vis daugiau mokslinių grupių pradeda konstruoti savaime susirenkančius nanorobotus, naudodami vienagrandės DNR sekas, kurios gali būti pritvirtintos prie įvairių robotą sudarančių komponentų. Tuos komponentus supylus į tirpalą, nanorobotai patys susirenka į veikiančias struktūras. Tai vadinama DNR origamio metodika. Toks keliasdešimties nanometrų dydžio nanorobotas atliktų kelias funkcijas.

„Viena būtų atpažinimo funkcija. Pvz., antikūnas ar koks kitas receptorių atpažįstantis baltymas būtų prijungtas. O kitoje pusėje – veiklusis fermentas, kuris gamina nanovaistą“, – sako biochemikas.

Atsiras naujo tipo terapija

Mokslininkai jau išmoko prikabinti prie polimerų reikiamus baltymus, kurie atpažįsta tam tikras ląsteles ir gali prie jų jungtis. Dabar VU chemikai kuria nanoroboto prototipą. Kol kas jie nėra įsitikinę, ar jis veiks, tačiau eksperimentai liudija, jog atskiri šios sistemos komponentai funkcionuoja, kaip ir buvo tikėtasi. Taigi jie turėtų atpažinti vėžines ląsteles. Tad koks galutinis šio projekto tikslas?

„Tikimės sukonstruoti nanorobotukus, kurie atpažintų ląsteles, prisijungtų prie jų ir šalia jų sintetintų ląstelei pakankamai didelį kiekį toksinių medžiagų“, – atskleidžia mokslininkas.

Nanomedicina pastaruoju metu yra viena madingiausių ir sparčiausiai besivystančių sričių. Optimistai teigia, kad medicininiai nanorobotai bus naudojami odontologijoje saugant dantis nuo bakterijų, chirurgijoje naikinant pakitusias ląsteles. Jie pavaduotų eritrocitus, pernešdami deguonį, matuotų gliukozės koncentraciją kraujyje arba perneštų genus į ląsteles.

Šiais metais Southamptono universiteto Didžiojoje Britanijoje mokslininkai susintetino molekulę, kuri prisijungia prie vėžio ląstelių sienelėse esančių chloro jonų. Todėl natrio jonai ima plūsti į ląstelę, suardo jonų balansą ir priverčia ląstelę nusižudyti. Manoma, kad tai gali tapti naujo tipo terapija.

JAV Šiaurės rytų universiteto mokslininkai tikisi artimiausiu metu pradėti naudoti nanojutiklius, galinčius identifikuoti bakterijas, įvairius baltymus ir realiu laiku diagnozuoti kai kurias patologijas. Jutikliai jau šiemet bus pradėti montuoti kartu su tokiais implantais, kaip dirbtiniai klubo sąnariai arba kraujagyslių stentai. Jie pagal komandą išskirs vaisto molekules. Manoma, kad tokie jutikliai pravers, ieškant vėžinių ląstelių ir jas naikinant.

Lietuvos mokslininkų eksperimentai turėtų papildyti tokių unikalių nanoinstrumentų ir nanorobotų asortimentą. „Pasaulyje tokios klasės vaistai pasirodys maždaug po dešimties metų. Gali iškilti įvairių problemų dėl tų vaistų įteisinimo. Kiek tas truks, sunku pasakyti. Bet tokios nanomedicinos koncepcijos kitame dešimtmetyje turėtų tapti gana populiarios. Taip pat ir dėl mūsų tyrimų“, – teigia A. Ramanavičius.

„Mokslo ekspresas“ transliuojamas šeštadieniais, 11.40 val., per LRT Televiziją.

Leedso universiteto mokslininkai sukūrė metodą, kuris naudoja nanotechnologijų pasiekimus bei gali tapti rimta pagalba medikams, kovojantiems su onkologiniais susirgimais. Apie tai praneša puslapis ZME Science.

Mokslininkai nusprendė sukurti aukso nanovamzdelius, kurie tyrimų metu sėkmingai aptikdavo vėžines ląsteles ir jas sunaikindavo. Tiesa, bandymai buvo vykdomi su pelėmis, todėl naujo metodo taikymas su žmonėmis prasidės ne taip greitai, kaip norėtųsi.

Nanovamzdelių sekimas vykdomas naudojant multispektralinį optoakustinės tomografijos (MSOT) metodą, kuris naudoja ultragarso bangas bei leidžia gauti informaciją apie fiziologinius procesus molekulių ir ląstelių lygmenyje.

Mokslininkų teigimu, aukso nanovamzdelių naudojimas neturi pašalinių efektų, priešingai nei chemoterapija. Tai leidžia teigti, jog pacientui nebus padaryta žalos, į jo kūną įvedant nanovamzdelius ir juos pašalinant. Viskas, ko reikės paciento gydymui – tai lazeris ir injekcija.

Aukso nanovamzdelius taip pat ketinama panaudoti preparatų transportavimui, todėl po vėžinių ląstelių pašalinimo atitinkamos organizmo vietos gaus reikiamą vaistų dozę.

Vilniaus universitete  mokslininkė − stažuotoja Aleksandra Prichodko gilinasi į nanodangų pritaikymą žmogaus kaulų ir dantų struktūrai tvirtinti. Į podoktorantūros stažuočių programą įsitraukęs ir Mindaugas Pranaitis domisi visai kita sritimi – kuria efektyvesnes saulės baterijas, tačiau abu jaunieji mokslininkai viliasi, kad nauji tyrimai ir jų rezultatai neabejotinai pakeis mūsų gyvenimus.

Jie, kaip ir kiti jauni mokslininkai, laimėję  podoktorantūros stažuočių konkursą, sėkmingai tęsia doktorantūros metu pradėtus mokslinius tyrimus ar išbando jėgas naujose srityse. Paraiškas dvejų metų trukmės podoktorantūros stažuotei galėjo teikti Lietuvos ir užsienio šalių mokslininkai, dirbantys socialinių, humanitarinių, fizinių, biomedicinos, žemės ūkio ir technologijos mokslų srityse.

Pakvietė chemijos profesorius

A. Prichodko podoktorantūros stažuotėms pakvietė Vilniaus universiteto Neorganinės chemijos katedros vedėjas profesorius Aivaras Kareiva. Jaunoji mokslininkė prisijungė prie jo vadovaujamos zolių-gelių chemijos mokslinės grupės. Tiesa, augant atomų pasaulio tyrimų ir išradimų poreikiui į bendras komandas buriasi ne tik chemikai. Gausi mokslininkų iš Vilniaus universiteto Chemijos, Fizikos fakultetų, Odontologijos, Biochemijos institutų ir Vilniaus Gedimino technikos universiteto komanda tiria nanostruktūrinto kalcio hidroksiapatito savybes ir taikymą.

Stažuotoja kartu su komanda siekia zolių-gelių metodu susintetinti kalcio hidroksiapatito nanostruktūrintas dangas ant nerūdijančio plieno padėklų, kuriais tvirtinami kaulai ar dantys. Tokio pobūdžio tyrimai atveria naujas pritaikymo galimybes kuriant implantus ortopedijoje bei odontologijoje. A. Prichodko sako, kad naujoji medžiaga būtų ypač naudinga žmogaus organizmui.

Mažins kaulų susidėvėjimą

„Sintetinė danga - sidabru legiruotas kalcio hidroksiapatitas - pasižymės antibakterinėmis savybėmis. Manganas kalcio hidroksiapatite pagerintų kaulinio audinio sukibimą ir pasiskirstymą ant šia keramika padengtų implantų. Lantanoidais pakeistų kalcio hidroksiapatitų ploni sluoksniai gali būti naudojami kaip bioaktyvūs biologinių molekulių ir vaistų fluorescuojantys pernešėjai. Ceris kalcio hidroksiapatite papildomai dar pasižymėtų ir antibakterinėmis savybėmis, taip pat mažintų danties emalio tirpumą rūgštyse“, − sako Vilniaus universiteto stažuotoja.

Nors šiuo metu pagamintas dangas pavadinti dirbtiniais kaulais mokslininkai teigia dar negalintys, neabejojama, kad kaulų chirurgijos ir implantologijos ateitis priklauso būtent jiems. Iš  kuriamos medžiagos miltelių tikimasi pagaminti dirbtinio kaulo  karkasus, kuriais būtų galima užpildyti dėl traumos ar ligos kauliniame audinyje atsiradusias ertmes.

Naujoji medžiaga svarbi ir dėl išvaizdos patrauklumo. Jei po operacijų kaulas netaisyklingai suauga su implantu, tai gali sukelti ir estetinių rūpesčių. Štai sintetinis kalcio hidroksiapatitas atkartoja natūralaus kaulo struktūrą, todėl gali paskatinti kaulo suaugimą su implantu. Estetinę dantų protezavimo funkciją atlieka iš sintetinės medžiagos pagamintas pocelianas. Juo padengti dantys puikiai atspindi saulės šviesą, todėl šypsena atrodo ypač natūrali.

Raktas į mokslinę karjerą

Jaunoji tyrėja teigia, kad podoktorantūros stažuotė leidžia keliauti  ir bendradarbiauti su užsnienio šalimis, gautus tyrimų rezultatus skleisti mokslinėje bendruomenėje ir visuomenėje. Šį lapkritį ji vyks stažuotei į Taivano Taipėjaus medicinos universitetą, kur toliau tirs sintetines nanodangas.  „Tai puiki galimybė tobulinti savo mokslinę kvalifikaciją, ugdyti tiek dalykines, tiek bendrąsias kompetencijas, įsisavinti naujus tyrimo metodus. Taip pat podoktorantūros stažuotės metu įgauta patirtis gali būti raktas į sėkmingą mokslinę karjerą“, - įsitikinusi  A. Prichodko.

Stažuotės metu Taivanyje tyrėja atliks ceriu legiruoto kalcio hidroksiapatito dangų biomedicininių savybių tyrimus. Tai leis dar labiau išplėsti sintetinių sluoksnių panaudojimo biomedicinoje bei biotechnologijoje galimybės. Kitąmet A.Prichodko planuoja tobulintis su tarptautine mokslininkų bendruomene Ispanijoje ir Italijoje.

Sudomino saulės baterijos

UAB Precizika−MET SC podoktorantūros stažuotę atliekantis M. Pranaitis pasakoja, kad mokslinę karjerą pradėjo Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedroje, tačiau saulės elementų tyrimai jį domino ir anksčiau. „Vasaros mokyklose ir stažuotėse gilinausi į tyrimus, susietus su atsinaujinančia energetika, jos raida ir moksliniais pasiekimais“,− sako jaunasis tyrėjas.

Pagrindinis M. Pranaičio stažuotės tikslas – naujos kartos pramoninių, silicio pagrindu gaminamų, saulės elementų, mokslininkų vadinamų fotovoltiniais, technologijos kūrimas. Tokie puslaidininkiniai prietaisai tiesiogiai verčia saulės energiją į elektrą. Nors šiandien yra sukurta daugybė fotovoltinių elementų gamybos technologijų, tačiau vis dar plačiausiai naudojami silicio saulės elementai.

Elementų gamybos evoliucija

„Siekiu padidinti fotovoltinių elementų efektyvumą ir tuo pačiu tai pritaikyti pramoninėje gamyboje. Pats saulės elementas dėl įvairiausių priežasčių, tokių kaip medžiagos prigimtinių savybių, gamybos technologijų, optinių ir kitų nuostolių, negali paversti visos į jį patekusios energijos į elektrą. Tad ieškoma būdų kaip šias problemas spręsti“,− pasakoja mokslininkas−stažuotojas.

Siekdamas padidinti išgaunamos saulės energijos kiekį M. Pranaitis turi įveikti tris svarbius etapus, kuriuos vadina evoliucine technologija. Stažuotojas iš pradžių atlieka saulės elemento galinio paviršiaus - pasyvuoto emiterio ir galinės pusės saulės elementų arba sutrumpintai PERC -  cheminį poliravimą. Vėliau paviršių padengia specialiu vienos dešimtosios mikrono storio apsauginiu sluoksniu, kuriame lazerio pagalba dar reikia atverti aikšteles kontaktų formavimui.

Galima stažuotis ir privačioje įmonėje

Mokslininkas džiaugiasi galintis darbuotis jį dominančioje srityje, mat apie podoktorantūros stažuotes dar studijų metais sužinojo  iš vyresnių kolegų. „Vienas iš didžiausių privalumų, kuriuos suteikia ši programa, tai galimybė atlikti mokslinius tyrimus ne tik valstybinėje aukštojoje mokykloje ar institute, bet ir privačioje įmonėje, kuri užsiima moksliniais – technologiniais tyrimais“,− sako tyrėjas.

Stažuotės tecnologijų įmonėse suteikia savų privalumų. „Dirbdamas su technologijomis sužinojau ir savo kailiu patyriau, kad ne visus mokslinius pasiekimus galima viešinti ar net patentuoti. Tokiu būdu siekiama apsisaugoti nuo technologijų vagysčių, plagijavimų. Taip pat tokiame tyrimų centre visi daromi tyrimai iškart išbandomi ir patikrinami ar tinka pramoninei gamybai“,− dalijasi patirtimi  M. Pranaitis.

Mokslininkas planuoja artimoje ateityje vykti į „AG Singulus Technologies“ mokslinių tyrimų padalinį, kuriame yra kuriamos naujos puslaidininkinių prietaisų, taip pat ir saulės elementų, technologijos.

Podoktorantūros stažuotės finansuojamos pagal Europos Sąjungos struktūrinių fondų Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos, Mokslininkų ir kitų tyrėjų mobilumo ir studentų mokslinių darbų skatinimo priemonės (VP1-3.1-ŠMM-01) įgyvendinamą projektą "Podoktorantūros (post doc) stažuočių įgyvendinimas Lietuvoje“.