Politechnika Warszawska
Politechnika Warszawska Uczelnia Badawcza

Nowy odcinek naukowego podcastu „Trzy kwadranse z badawczą”

Logo podcastu

Reaktywna forma tlenu jest szkodliwa dla organizmów. Jednak kontrolowane wykorzystanie jej naturalnych właściwości zmienia ją w uniwersalny utleniacz i umożliwia jej wykorzystanie w medycynie, w tym w szczególności w terapii leczenia nowotworów oraz jako uniwersalny, nieinwazyjny środek odkażający. Jak? Zapraszamy do wysłuchania najnowszego odcinka podcastu.

Odcinek 2: Jak związki boru mogą pomóc w odkażaniu powierzchni?

W drugim odcinku Darek Aksamit, fizyk medyczny z Wydziału Fizyki PW rozmawia z dr. inż. Krzysztofem Durką z Wydziału Chemicznego na temat nowej koncepcji projektowania efektywnych fotouczulaczy, których główną rolą jest wytwarzanie reaktywnych form tlenu z docelowym zastosowaniem w procesach oczyszczania wody oraz w medycynie.

Słuchaj odcinka tutaj:

Przeczytaj o projekcie >>>

Transkrypcja

Dariusz Aksamit: Szczęśliwie trzecia fala pandemii wygląda na to, że odchodzi. Nadal zostajemy wszyscy w maseczkach, dezynfekujemy dłonie. Jeśli macie dość tego alkoholu, który wisi w powietrzu i wypala nam skórę rąk to może zainteresuje was, że jest nadzieja, że to w końcu zniknie. Mamy inne metody odkażania powierzchni, a przynajmniej będziemy mieć dzięki pomysłom naszych politechnicznych naukowców z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej. Otóż okazuje się, że można odkażać światłem. O tym porozmawiamy z doktorem inżynierem Krzysztofem Durką z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej. Dzień dobry!

Krzysztof Durka: Witam wszystkich bardzo serdecznie!

DA: Wszedłem na stronę badawcza.pw.edu.pl, do czego wszystkich gorąco zachęcam, i przeczytałem artykuł jak związki boru mogą pomóc w odkażaniu. Czytam, że światło może pomóc nam odkażać. Jestem z wyksztalcenia fizykiem medycznym, więc myślę przede wszystkim w kategoriach promieniowania jonizującego. Pada promieniowanie rentgenowskie albo wiązka fotonów, takich wysokoenergetycznych parędziesiąt mW i w tym momencie wszystko jest nawet nie zdezynfekowane, ale wysterylizowane do zera. Przy czym wszystko jest również zdegradowane radiacyjnie. Wy z kolei potraficie nie w tak brutalny sposób, trochę jednak bardziej subtelnie zdezynfekować powierzchnię. Zwykłym światłem, a dokładnie światłem widzialnym. Jak to robicie?

KD: Pracujemy nad pewną klasą materiałów oddziałujących ze światłem z zakresu widzialnego, bo nie chcemy używać bardzo silnych źródeł światła, jak laser. Nie chcemy wypalać tutaj dziur. Chcemy być bardziej delikatni. Bardziej subtelni, jednocześnie uzyskują oczekiwany efekt, czyli skuteczną walkę z różnymi mikroustrojami.

DA: Czyli żeby to się samo działo pod wpływem światła, np. słonecznego czy jakiego innego, a nie jak w sklepach czasem bywa, że zapala się taka fioletowa lampka z ultrafioletem. To znaczy to nie będzie wymagało dodatkowego źródła światła. Chcecie skorzystać ze światła zastanego, naturalnego.

KD: Zgadza się. Jest całe spektrum długości fali światła widzialnego w końcu, prawda? Chcemy celować w takie wiązki chemiczne, bo tutaj podstawą są odpowiednie związki chemiczne, które działają i wchodzą w interakcje ze światłem widzialnym. Nie ze światłem ultrafioletowym. Chodzi nam głównie o światło słoneczne.

DA: Trzeba je uczulić. Czytałem, że pracujecie nad fotouczulaczami. Jako ojciec alergika nie podoba mi się słowo uczulacze, ale rozumiem, że tutaj to uczulenie jest czymś pozytywnym. Dzięki uczuleniu pojawia się jakaś reakcja. Pytanie: jak można cząstkę, czy związek chemiczny uczulić właśnie na przykład na światło?

KD: Trzeba zadać sobie pytanie co jest podstawą tego działania antymikrobiolicznego. Chcemy uczulić tlen, który naturalnie występuje w atmosferze, jednocześnie chcąc go wzbudzić. Dostarczyć mu energii, aby stal się bardziej reaktywny, wręcz zabójczy. Mówimy tutaj konkretnie o tlenie singletowym, który jest groźny na bardzo krótkim dystansie, czyli dla nas, jeżeli taki tlen uda nam się utworzyć, jest niegroźny. Natomiast punktowo, tam gdzie się pojawi, może spowodować duże szkody. Taki tlen singletowy nie działa specyficznie. To znaczy może atakować wszystko co napotka na swojej drodze, czyli praktycznie wszystkie rodzaje mikroorganizmów. Co więcej nie ma za bardzo mechanizmów obrony przed nim. Jakieś są, ale w zdecydowanej większości przypadków trudno się w takiej formie przed nim bronić. Działa to trochę inaczej niż standardowy antybiotyk, który stosujemy, gdzie bakteria może się w jakiś sposób uodpornić, wytworzyć jakiś mechanizm obronny. Tak tutaj właściwie nie ma przed tym obrony.

DA: Czyli dla waszych związków jest wszystko jedno czy to jest bakteria, wirus, grzyb czy cokolwiek innego, bo po prostu wy patrzycie na to z takiej perspektywy: mamy tlen, który będzie reaktywny chemicznie bez znaczenia co będzie jego celem. To jak ten tlen singletowy uzyskać?

KD: To nie jest takie proste. Można to zrobić w sposób chemiczny. Można zastosować perhydrol i podchloryn sodu. W takiej reakcji wytwarzamy tlen singletowy, ale jest to brutalny sposób. Nie chcemy stosować perhydrolu. Wolelibyśmy zastosować związek chemiczny, który przekaże swoją energię do tlenu, który znajduje się naturalnie w atmosferze i spowoduje jego wzbudzenie do tlenu singletowego. Jakie to są związki chemiczne? Tutaj tkwi sedno całej sprawy. Otóż te związki chemiczne muszą przechodzić do wzbudzonych stanów trypletowych pod wpływem promieniowania –  musimy je naświetlać. Naturalnie większość związków chemicznych występuje w stanie singletowym. Tutaj poruszamy obszary już bardziej związane z fizyką. Musimy ten związek wzbudzić światłem. On następnie musi przejść do stanu trypletowego. W tym stanie trypletowym żyje jakiś czas. To są ułamki sekund, np. 10 do -5 sekundy.

DA: Z naszej perspektywy natychmiast.

KD: Ale dla cząsteczek chemicznych to jest bardzo długo. Już wtedy zachodzą reakcje chemiczne. Wtedy zachodzi szereg różnego rodzaju procesów. Właśnie tak związek, który jest wzbudzony do stanu trypletowego zderza się z tlenem, który w atmosferze występuje w stanie trypletowym, jako jedna z niewielu cząsteczek. Następnie następuje przekazanie energii. Taki tlen wzbudza się do stanu tlenu singletowego i wtedy ma bardzo silne utleniające działanie, czyli nadaliśmy mu w ten sposób nowych właściwości. Równocześnie cząsteczka fotouczulacza przechodzi z powrotem do stanu podstawowego. Nic tak naprawdę się z nią nie dzieje. Ona się nie rozkłada. Cały czas tam jest. Nie zużywa się. Ponownie naświetlamy, w tym przypadku naświetlamy ją ciągle, i ona z powrotem może ulegać wzbudzeniu. Ten proces ciągle trwa. To jest taka ciągła produkcja tlenu singletowego. My jako chemicy chcemy też wykorzystać ten wniosek do innych badań. Chcemy na przykład przeprowadzić jakąś reakcję chemiczną, stosując stosunkowo łagodne warunki, czyli nie…

DA: Nie perhydrol.

KD: Nie perhydrol. Nie chcemy stubarów zastosować. Nie chcemy jakiś groźnych związków stosować. Chcemy po prostu mieć…

DA: Pstryk. Włączamy lampkę i leci nam tlen z materiału.

KD: Dokładnie. Mamy nasz związek, który jest w bardzo małej ilości, chciałbym to podkreślić.  Zrobiliśmy szereg optymalizacji i mniej więcej na poziomie 0,05 mola, czyli 1 cząsteczka fotouczulacza na 1000 cząsteczek substratu już powoduje, że całość tego związku ulega reakcji z tlenem singletowym, powiedzmy po godzinie.

AD: Niektóre cząstki, rzadko bo rzadko, ale lubią występować w stanie trypletowym. Szczególny jest chociażby tlen, bo właśnie ten stan trypletowy osiąga. Pytanie – co to właściwie jest ten stan trypletowy?

KD: Niełatwo jest to wytłumaczyć nie stosując pojęć ściśle naukowych wywodzących się z mechaniki kwantowej. Powiedzmy, że zdecydowana większość cząsteczek chemicznych, które występują wokół nas są w stanie singletowym. Jest taka preferencja. Tutaj odnoszę się do tego jaka jest struktura elektronowa, czyli jak wyglądają elektrony w takiej cząsteczce chemicznej. Od razu przepraszam tych z państwa, którzy poczują, ze nie mowię do końca ściśle.

DA: Lepiej mniej ściśle, ale zrozumiale, niż super ściśle, ale nikt nie ogarnie.

KD: Dokładnie. Jest taka preferencja, aby wszystkie elektrony w cząsteczce chemicznej miały w cudzysłowie swoich partnerów, czyli były sparowane. Jest energetycznie korzystne. Zdecydowana większość cząsteczek występuje w stanie singletowym. Jeżeli takie niesparowane, czyli takie wolne elektrony pojawia się w cząsteczce, to raczej taka cząsteczka będzie bardziej reaktywna i będzie wchodziła w reakcje z innymi cząsteczkami. Wtedy wytworzy się cząsteczka, w której wszystkie te elektrony będą sparowane. Jednak cząsteczka tlenu jest wyjątkowa. W tym przypadku mamy 2 elektrony, które nie tworzą takiej formalnej pary. Może para to za dużo powiedziane, ale nie są ze sobą partnerami. W takiej sytuacji mamy właśnie do czynienia ze stanem trypletowym. Cząsteczka tlenu jest wyjątkowa w swoich właściwościach. Oczywiście też występują inne cząsteczki związków chemicznych, ale wokół nas nie ich dużo. W naszym projekcie chcemy wzbudzić cząsteczkę tlenu ze stanu trypletowego do stanu singletowego, czyli takiego, w którym występuje większość cząsteczek dookoła, ale mimo wszystko dla tlenu jest to stan wzbudzony. Czyli ta cząsteczka ma więcej energii. Jest bardziej reaktywna. Chętniej wchodzi w reakcje z innymi związkami, np. ze związkami, które są obecne w komórkach. Na tym to polega.

DA: Pomysł na uzyskanie stanu trypletowy, w którym możliwe są te oddziaływania, nie jest nowy, bo już coś takiego robiono. Czym różni się wasz pomysł od tych dotychczasowych pomysłów?

KD: Jeżeli chodzi o grupy fotouczulaczy są to kompleksy metali przejściowych, w których stosuje się ciężki atom. Wprowadza się do struktury cząsteczki ciężki atom, który ma to do siebie, że ułatwia przechodzenie właśnie do stanu trypletowego. Nie wnikając już tutaj w szczegóły tego mechanizmu, takie kompleksy metali przejściowych są bardzo wydajne. Tutaj trzeba dodać, że właśnie kompleksy metali przejściowych bardzo wydajnie generują tlen singletowy. Natomiast mają też sporo wad.

DA: Właśnie. Mówiąc ciężki, patrzymy w układ okresowy, przywołujemy go w głowie i coć co jest raczej na dole i raczej z prawej, czyli co na przykład?

KD: Na przykład iryd.

DA: Drogi.

KD: Drogi. Platyna.

DA: Jeszcze droższe.

KD: Złoto.

DA: Och.

KD: Możemy tak wymieniać.

DA: Czyli da się, ale jest drogie.

KD: Tak. Jest to bardzo wydajne, ale jest to bardzo drogie.

DA: Do laboratorium się nada, ale nie pokryjemy przystanku autobusowego, żeby ludzie się nie zarażali koronawirusrm. Nie nada się to na masowa skalę, na dużą powierzchnię typu wieżowce, biurowce, stoły, ściany itd.

KD: Chyba nie mamy takich zasobów nawet.

DA: Ile by takie ściany kosztowały? Chociaż w Arabii Saudyjskiej pokrywali ściany zlotem lub innymi materiałami w hotelach. Ale nie o tym rozmawiamy.

KD: Może dlatego są zdrowi.

DA: Hahaha. To złoto ma takie właściwości. Co w takim razie w zamian, jeśli nie chcemy platyny, palladu, złota, tylko chcemy coś lżejszego?

KD: Chcemy zastosować związek organiczny. Związek, który jest zbudowany z węgla, azotu, tlenu, wodoru i w naszym przypadku też z boru.

DA: Z boru, czyli na górze tablicy.

KD: Wszystko to jest na górze układu okresowego. Chcemy zastosować w miarę proste związki. Chociaż może ten bor jest tutaj pewnego rodzaju dodatkiem, który jest raczej rzadko spotykany. Również w przyrodzie. Jednak nie chcemy zastosować tego efektu ciężkiego atomu. Pytanie brzmi w jaki sposób możemy zmusić taki związek organiczny do tego, aby przechodził do stanu trypletowego? To jest dosyć trudne. Zdecydowana większość związków chemicznych nie posiada tych właściwości. Też zdecydowana większość związków boru nie przechodzi w naturalny sposób do stanów trypletowych. Ostatnie badania z naszym udziałem pokazują, że istnieje jednak pewien sposób na  zaprojektowanie struktury tego związku. To co musimy zrobić to bardzo ostrożnie zaprojektować budowę związku na poziomie atomowym, patrząc w jaki sposób względem siebie są ułożone atomy i poszczególne części tej cząsteczki. W ten sposób możemy wywołać ten efekt. Jest to bardzo specyficzne. Z drugiej strony to co my zaproponowaliśmy, to sposób w jaki zaprojektowaliśmy ten związek, aby móc zrobić takich związków dużo. Na przykład można zmienić strukturę tego związku, wprowadzić jakieś grupy funkcyjne, jakieś atomy dodatkowe i wywołać efekt zmiany długości fali światła, czyli koloru tego światła, który powoduje wzbudzenie tego związku.

DA: I bardziej selektywnie.

KD: Bardziej niebieski. Bardziej czerwony. Do celów medycznych bardziej chcemy iść w światło czerwone, ponieważ ono bardziej penetruję tkankę. Gdybyśmy chcieli zastosować takie związki, a takie związki stosuje się właśnie w tak zwanej terapii fotodynamicznej, czyli w terapii, w której leczy się nowotwory, to wszystko działa na tej samej zasadzie: po prostu następuje wzbudzenie związku do stanu trypletowego, następnie przekazuje on energię do tlenu, np. do krwi i ten tlen wzbudza się i niszczy wszystko co jest dookoła.

DA: W ogóle ten bor ma wzięcie. Znowu przeskakując na chwilę do fizyki medycznej, jest taka terapia borowo-neutronowa, która jest rozwijana w Świerku, zresztą też przez naszych absolwentów. W szoku byłem, gdy okazało się, że lekarze są w stanie zrobić autotransplantację, czyli wyjąć pacjentowi wątrobę, do której wcześniej wstrzyknięto związku boru. Następnie wątrobę wsadzić w reaktorze do wiązki neutronów, żeby te neutrony oddziaływały z borem, po czym wszczepić mu ją z powrotem. Bo łatwiej jest pacjentowi wyjąć i z powrotem włożyć wątrobę niż całego jego tam wkładać, aby reszta tkanek się napromieniowała. Wracając do tematu, fajne jest to, że można tak bardzo selektywnie decydować o długość, gdzie się pojawi, a jeszcze rozumiem, że mamy światło czerwone, które głęboko wnika, ale nie powoduje innych efektów. Za to gdybyśmy ultrafioletem świecili, to niestety oddziałujemy na wszystko co jest okolicy.

KD: Zdecydowanie światło z obszaru powyżej 400 – 450 nanometrów jest bardziej korzystne. Chcemy w tym kierunku zmierzać. Jesteśmy w stanie tak zmodyfikować strukturę tego związku, aby jeszcze bardziej przesunąć się nawet w obszar bliski podczerwieni.

DA: Widzę kolejną zaletę tego badania, że nie pracujecie nad jednym związkiem, a nad klasą związków. Można decydować czy to nieselektywne światło widzialne będzie na ścianie budynku coś robiło, czy będzie bardzo selektywne na zasadzie włączyć – wyłączyć reakcję chemiczną. Myślę, że to jest piękne, że potraficie zaprojektować taki związek, ale pytanie jak go projektować? Pamiętam jeszcze z chemii w podstawówce jak się rozrysowało jak są ułożone atomy w cząsteczkach. Czasem były równo, a czasem były pod kątami itd. Papier zniesie wszystko. Narysować można sobie cokolwiek. Wy faktycznie projektujecie i potem robicie tę cząstkę i ona zachowuje się w określony sposób. Jak ją projektujecie?

KD: To jest bardzo skomplikowana sprawa. Ogólnie musimy tutaj włączyć wiele technik badawczych. Podstawą jest zrozumienie tego co tam się dzieje. Między innymi na te pytania odpowiedzi udzielają nam elementy chemii kwantowej. Tutaj staramy się zaprząc potężne możliwości, jakie dają nam metody chemii kwantowej i współczesne komputery. Dzięki nim możemy zobaczyć jaki jest mechanizm tego procesu, od czego zależy, np. co się stanie, gdy zaczniemy wprowadzać pewne zmiany w tej cząsteczce, czy to się poprawi czy się pogorszy. Jednocześnie musimy mieć szereg rezultatów eksperymentalnych, aby to ze sobą skorelować. To co staramy się znaleźć to zależność struktury związku chemicznego od jego właściwości. Struktury też przestrzennej tego układu. Czyli nie tylko elektronowej, tak mówiąc już bardziej fachowo, czyli jakie tam są atomy, jakie tam są grupy, ale też jak on przestrzeni wygląda, np. możemy użyć metod rentgeno–strukturalnych, które pozwalają nam wyznaczyć strukturę związku chemicznego.

DA: I potwierdzić, że mieliście rację projektując go.

DK: Dokładnie. Potwierdzić budowę właśnie takimi metodami.

DA: Mówiąc ogólnie na tyle dobrze już w latach dwudziestych XXI wieku macie ogarniętą chemię kwantową, że to faktycznie działa, że jak w komputerze narysujcie sobie, że atom jest tutaj i tutaj to będzie zachowywał się tak i tak. Czyli wszystkie orbitale i cała reszta się poprawnie wyliczy potem pada nie pokazują, że to działa. Dobra, ale ten związek jeszcze musi fizycznie zaistnieć. Jak wygląda ta droga od komputera do probówki, w którą świecimy laserem?

DK: Tutaj pojawia się synteza organiczna, czyli sposób otrzymywania tych związków. Jeżeli chodzi o związki boru to wymaga to pewnego doświadczenia. Jeżeli już się opracuje metodę syntezy, to ona zwykle jest powtarzalna. Wtedy wydaje nam się w miarę oczywista. Natomiast dojście do tego nie zawsze jest już takie oczywiste. To wymaga serii prób, których rezultatów nie jesteśmy w stanie przewidzieć. Komputer zniesie wszystko. Kartka zniesie wszystko. Jednak faktycznie fizycznie na samym końcu musimy ten związek otrzymać. Jak projektujemy taki związek chemiczny to od razu mamy w głowie czy on jest możliwy do otrzymania. Wiadomo - możemy zaproponować szereg różnych połączeń chemicznych i ten związek chemiczny będzie miał super właściwości, ale jednak trzeba wziąć pod uwagę w jaki sposób je go otrzymamy. Po drugie nie chcemy, aby był on otrzymywany w jakiś bardzo skomplikowany sposób.

DA: Rozumiem, że to przekłada się na zaplecze laboratoryjne i koniec końców na cenę. Jeśli chcemy zrobić coś co wyjdzie do użytku, to co nam po super materiale, który będzie 100 razy droższy od obecnie stosowanych.

KD: Od platyny na przykład. Chcielibyśmy go zrobić w miarę prosto, szybko i też mamy ograniczony czas. Lepiej jest zrobić 10 związków zamiast jednego, którego rezultat jest często niepewny. Ostatecznie to wszystko trzeba sprawdzić czy on ten tlen singletowy produkuje, czy to się wszystko zgadza. Jeżeli chodzi o zgodność eksperymentu z teorią, też nie jest tak, że jest zawsze jeden do jednego. Jesteśmy w stanie przewidzieć dużo rzeczy, może na zasadzie dużego zawężenia tego obszaru badawczego. W przypadku tych układów, którymi się zajmujemy możemy zaproponować 1000 różnych związków. Nigdy do końca życia ich nie zrobimy. Nie mamy takiej możliwości.

DA: A właśnie ile trwa taka synteza nowego związku? Mówimy o godzinach, dniach, o miesiącach?

KD: Czasem są to 2 dni: jeden dzień synteza, jeden dzień oczyszczanie. To też jest duży problem, żeby związek był na końcu czysty, żeby czasem teza była selektywna. Selektywnie chcemy otrzymać ten konkretny związek. Nic więcej. A jak otrzymamy coś więcej lub coś nie doreaguje to musimy to oczyścić. To też jest potężna działka, problem z punktu widzenia przemysłów, aby otrzymywać związki jak najczystsze. Także synteza jeden dzień, oczyszczanie jeden dzień, ale reakcje potrafią być kilkuetapowe. Najpierw otrzymamy jeden związek, z niego następny, a z niego następny, a dopiero na końcu otrzymujemy finalny związek. Oczywiście, chcemy aby tego było jak najmniej, ale nie zawsze się da.

DA: Fajnie, gdy kupujemy coś co ma czystość 99,9%, ale bardzo widać to po cenie tych produktów za gram jaka jest różnica pomiędzy 99% a 99,9%. Gdy mój kolega, doktor fizyki ciepła stałego, kupił produkt, który miał czystość 95% to już mówił że to jest ścierwo. Także 95% absolutnie nie satysfakcjonowało naukowców przy przeprowadzaniu syntezy. Dobrze. Wiemy już jak możemy projektować i syntezować. Dochodzimy do badania. Widzę że dużo robicie badań, ale musi też trochę aparatury stworzyć. Patrzę na obrazek, który jest na stronie badawcza.pw.edu.pl we wspomnianym wcześniej artykule i widzę fantastyczne zdjęcie fotoreaktora wbudowanego na potrzeby projektu. Co to jest ten fotoreaktor? Wygląda trochę jak z Iron Mana. Jest naprawdę ładny.

KD: Tak, jest bardzo ładny design i bardzo ładnie też działa. Przede wszystkim był tani w konstrukcji i umożliwia prowadzenie wielu reakcji jednocześnie. Reaktor zbudował nasz doktorant – Mateusz Urban, który miał takie zacięcie techniczne. Można powiedzieć, że inżynier z krwi i kości. Zaprojektował go w taki sposób, że można prowadzić kilka reakcji w tym samym czasie, jednocześnie mieszając i naświetlając. Mamy też dostęp powietrza. Także te wszystkie aspekty mamy zapewnione. Dodatkowo jest tam system chłodzenia tego reaktora, ponieważ gdy naświetlamy zamknięte naczynie, to się tam wszystko grzeje. Musimy to chłodzić. Także mamy tam zrobiony podwójny system chłodzenia – wodą i powietrzem. To faktycznie pozwala zachować jednolite warunki tego procesu. Procesy fotokatalityczne są bardzo wrażliwe na warunki, czyli na temperaturę, na natężenie światła, na dostęp powietrza, a my chcemy pracować możliwie na najbardziej jednorodnych warunkach i powtarzalnych. Stąd właśnie konstrukcja na kole tego reaktora. Tam w środku znajdują się diody LED i dodatkowo pokrywa, w której umieszczono próbki. W nich znajduje się związek chemiczny oraz fotouczulacz. To jest naświetlane i możemy zaobserwować przebieg tej reakcji chemicznej.

DA: I widać, że działa?

KD: Tak, widać, że działa. I to działa naprawdę świetnie muszę powiedzieć. Aż czasem jestem sam zdziwiony.

DA: Ale działa proszek fiolce. Co należy zrobić, żeby ten proszek w fiolce zamienić na farbę, którą mogę coś pomalować, spray, którym mogę coś napylić. Czyli co dalej z proszkiem?

KD: Nad tym pracy pracuje w ramach grantu badawczego POB. Staramy się osadzić ten związek na podłożu stałym, tak by go na stałe przyczepić do tego podłoża lub go rozpuścić, czyli stworzyć kompozyt zawierający właśnie ten związek i też takie układy testujemy. Sprawdzamy czy te reakcje są powtarzalne w stosunku do reakcji, które prowadziliśmy w roztworze. Chcemy przejść z katalizy homogenicznej, czyli kiedy wszystko jest rozpuszczone w roztworze i jest dużo prościej, do katalizy heterogenicznej czyli kiedy mamy związek który znajduje się poza roztworem. jest osadzone na powierzchni materiału. Musimy zobaczyć czy też to działa. Jak się okazuje działa.

DA: Zaczęliście nanosić na podłoże stałe. Czyli to już wychodzi z takiej fiołki? Tak to sobie wyobrażam, że jak to już jest na podłożu stałym, to wyobrażam sobie, że to jest jakaś folia, którą można rozwinąć, a jeżeli jest w roztworze ciekłym to na przykład to jest to spray, który mogę rozpalić. Jak docelowo planujecie i zakładacie, przeskakując pewnie parę lat w przód, że będzie można to kupić w sklepie, to w jakiej formie docelowo to będzie? Czy czegoś co się przylepia, maluje, rozpyla? Do jakiej formy dążycie?

KD: Myśleliśmy bardziej o folii. Wydaje nam się, że to jest najprostsza metoda żeby przynajmniej sprawdzić skuteczność tego działania. Jeżeli to będzie skuteczne, to faktycznie można myśleć o dalszych krokach.

DA: I kombinowaniu z dalszymi formami?

KD: Nie jestem specjalistą od komercjalizacji.

DA: Dlatego w CZiTT mamy specjalną jednostkę, która się tym zajmuje. Myślę, że z naszej rozmowy wynika jak interdyscyplinarny macie zespół. Absolutnie nie wystarczy jeden chemik, który się zapatrzy i pomyśli co do czego wsypać, też muszą być osoby, które syntetyzują, to znaczy to może być jedna osoba, ale to nadal jest bardzo dużo ról. To są totalnie różne rzeczy: siedzenie przed komputerem i stukanie w klawiaturę a siedzenie z pipetą pod wyciągiem, ale potrzebne są jedne i drugie.

KD: Zgadza się. W tym momencie muszę powiedzieć o swoim zespole. Moja doktorantka, to znaczy nieformalnie moja, ponieważ jeszcze nie mam habilitacji, pani Paulina Marek, która jest świetna. Jest multidyscyplinarna. Robi wiele rzeczy naraz. Jest zapalona do tej pracy. Dodatkowo mamy też studentkę Karolinę Urbanowicz. Do projektu staram się jeszcze włączyć drugiego studenta – Jakuba Drapałę. Także tutaj faktycznie jest potrzeba łączenia przede wszystkim tej chemii i fizyki. Czyli chemii syntezy, potem musimy ten związek zbadać i stosując metody chemii kwantowej – tutaj teoretyczne – i eksperymentalnie, czy jakieś rentgenowskie, stereoskopowe. Do tego dochodzi szereg badań, które trzeba zrobić. Kluczem do zrozumienia w jaki sposób takie związki robić, czy w jakiś sposób stworzyć taki układy jest zrozumienie tego jak one działają. Dlatego to musi być po prostu na wielu poziomach.

DA: Super, że jest zespół. Natomiast jeszcze pytanie: skąd właściwie się wziął, czyli właściwie skąd u ciebie wziął się taki oryginalny pomysł, żeby w nowy sposób podejść do tego problemu i skąd się wzięli ludzie, którzy mają pracować nad czymś czego jeszcze nie ma?

KD: Trzeba znaleźć faktycznie zapaleńców. To jest podstawa. Tacy ludzie, którzy faktycznie będą się tym pasjonowali. Takich ludzi staram się poszukiwać wśród studentów. Też mam propozycję na doktorat. Potrzeba też trochę szczęścia. Jeżeli chodzi o inspirację to jest dłuższa historia. Na doktoracie też zajmowałem się związkami boru, ale trochę innymi. Jest to bardzo duży zasługa mojego szefa – Sergiusza Lulińskiego, który ma niesamowite kompetencje naukowe. Na wielu poziomach. On przede wszystkim jest trochę bardziej syntetykiem i fizykochemikiem. Bardzo dobrze rozumie fizykochemię. Ja z kolei jestem troszkę bardziej przesunięty w stronę badania właściwości związków. Tworzyliśmy zawsze dobrze uzupełniający się zespół. Inspiracja częściowo płynie właśnie z tej wiedzy, którą udało mi się wtedy nabyć i też nie ukrywam literatury. Staram się nadążać nad tym co się dzieje dokoła. Też po prostu wpadamy na nowe pomysły. Nieraz przydaje się szczęście. To jest tak, że tworzymy nowy związek chemiczny i często zdarza się, że uzyskany wynik to kwestia, ponieważ prowadząc jakąś reakcję nie wiemy co z niej do końca wyjdzie. Uzyskujemy jakiś związek. Badamy jego właściwości na różne sposoby. Patrzymy: o, jest coś ciekawego. Chociaż to nie jest tak zupełnie, że to jest przypadek. Chciałbym to zaznaczyć. To nie jest tak, że zupełnie przypadkowo trafiamy na te związki. Po prostu szukamy nowych klas układów chemicznych. Chcemy otrzymać pewne rzeczy.

DA: To cytując Pasteura w momencie dokonania jednego z największych odkryć dla ludzkości: „O, to ciekawe!”. Ta historia jest taka, że po prostu miała bałagan w laboratorium, po weekendzie wrócił i zobaczył, że zniknęła na pożywce jakaś bakteria dookoła wyrośniętego grzyba. To pokazuje, że właśnie często w nauce odkrycia dzieją się w sposób przypadkowy, ale przypadek przydarza się przygotowanym na to ludziom, którzy są w stanie dotrzeć dostrzec ten przypadek. Tak żeby było dla jasności, że jest to przypadek, ale świadomy przypadek.

KD: Tak właśnie było trochę w tym przypadku, jeżeli chodzi o związki fotouczulające. Najpierw badaliśmy te związki pod kątem właściwości luminescencyjnych, czyli pod kątem zastosowania do diod OLED. Wbrew pozorom wcale tutaj nie jest tak bardzo daleko. Początkowo mieliśmy taką koncepcję, aby tak zmienić strukturę tego związku chemicznego, aby on, mówiąc już tak w uproszczeniu, mocniej świecił, aby można było go włożyć w urządzenie optoelektroniczne, gdzie związek będzie wydajnym emiterem światła. Okazało się, że jest zupełnie odwrotnie, bo on nie chciał emitować światła. Dlaczego? Gdy już pochłonął światło to zamiast je emitować, przeszedł do stanu trypletowego, który nie jest za bardzo emisyjny i właśnie tutaj jest ta alternatywna ścieżka. W pewien sposób tego nie przewidzieliśmy, że tak może się stać. Fakt, że świecił słabiej naprowadziło nas na to, że może stać się tutaj coś więcej i w tę stronę zaczęliśmy podążać i faktycznie po przeprowadzeniu serii badań, tutaj również z udziałem naszych współpracowników chociażby Politechniki Śląskiej – pani Agaty Blachy-Grzechnik, udało nam się stwierdzić, że tego typu związki emitują tlen singletowy. W tę stronę zaczęliśmy to rozwijać. Zaczęliśmy produkować nowe związki chemiczne. Ulepszać koncepcję. Zaczęliśmy nanosić je na powierzchnię stałą i…. Wow! To działa. Super!

DA: Świetnie. To jeszcze mam pytanie czy już mieliście okazję światu naukowemu pochwalić się tą działalnością? Mówisz o współpracy krajowej, ale czy już na arenie międzynarodowej wasze odkrycie zostało rozpoznane?

KD: Wysłaliśmy niedawno artykuł do publikacji. Czekamy na jego weryfikację. Mam nadzieję że już niedługo uzyskamy informację o pozytywnej ocenie.

DA: W takim razie trzymam kciuki za krótki czas recenzji, obyśmy wszyscy doczkali, a ja jeszcze raz kieruję wszystkich na stronę badawcza.pw.edu.pl, gdzie w artykule „Jak związki boru mogą pomóc odkażania powierzchni?” można jeszcze podejrzeć obrazki. A to wszystko w ramach projektu „Efektywne trypletowe fotouczulacze oparte na związkach boroorganicznych o architekturze spiro osadzone na podłożu stałym do zastosowań w fotokatalizie”. Projekt realizowany jest w ramach Inicjatywy doskonałości – Uczelnia badawcza. Jednego hasła nie poruszyliśmy z tego obszernego tytułu. Bo mam wrażenie, że dopiero te trzy kwadranse pozwalają nam zrozumieć o co chodzi w tytule tego grantu, dlatego przytaczam go na koniec. Tu jeszcze pojawia się hasło „architektura spiro”. To może jeszcze na koniec jako suplement dla tych co wysłuchali do końca – co to jest spiro?

KD: Muszę powiedzieć, że nazwa tego projektu może zabić. Jednak są tam zawarte te elementy, które są podstawą tego projektu. Architektura spiro to pojęcie bardziej chemiczne. Projektując te związki zwracamy uwagę na to w jaki sposób pewne grupy funkcyjne są zorientowane względem siebie w przestrzeni. Architektura spiro to jest takie ułożenie, w którym mamy atom związany w dwa pierścienie. Dwa pierścienie, które są spinane przez ten właśnie atomem. To jest spiro. W dodatku te pierścienie są do siebie prostopadłe. Dzięki temu, że są tak spięte, tym atomem spinającym jest właśnie atom boru. On siedzi tam w środku. Spina to wszystko. Jest takim węzłem, który spina te dwie części molekuły, które tworzą układ prostopadłych do siebie fragmentów. To pozwala przechodzić tym związkom, po wzbudzeniu światłem, do stanu trypletowego. Właśnie dzięki temu, że jest taka a nie inna architektura. Czyli nie metal ciężki a właśnie geometria związku jest kluczem.

DA: Teraz wszystko jest jasne. W tym momencie możemy jeszcze raz zakończyć. Naszym gościem dr inż. Krzysztof Duka z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej. Krzyśku wielkie dzięki za rozmowę. Powodzenia z publikacją artykułu.

KD: Dziękuję pięknie. Dziękuję państwu. Do widzenia.