Elektra iš mielių ir kita nanokasdienybė  (1)

Apie nanotechnologijų srityje dirbančių mokslininkų tyrimus ir pasiekimus kalbamės su Vilniaus universiteto Chemijos fakulteto Nanotechnologijų ir medžiagotyros centro (NanoTechnas) vadovu prof. habil. dr. Arūnu Ramanavičiumi.

– Kada paskutinį kartą laikėte rankose kokį nors nanotechnologijų pagrindu sukurtą produktą?

– Ne taip seniai, gal prieš metus, vienoje parduotuvėje Lietuvoje pamačiau „nanotechnologines“ kelnes. Gal čia buvo labiau reklaminis triukas, kad sudomintų tam tikrą pirkėjų grupę.

O šiaip nanotechnologijos labai dažnai naudojamos įvairiuose jutikliuose, sensoriuose, davikliuose, ir tai yra viena iš mūsų veiklos krypčių. Jos naudojamos net statybų pramonėje – pavyzdžiui, stiklams modifikuoti, vadinamiesiems savaime nusivalantiems stiklams gaminti. Mūsų laikais chemijos pramonė vienaip ar kitaip yra susijusi su nanotechnologijomis.

– Gal, naudodami lietuviškus gaminius, net neįtariame, kad jų gamyboje buvo pasitelktos nanotechnologijos?

– Tai visai įmanoma, nes yra visokių nanotechnologinių sprendimų ir produktų, ypač jeigu tai kaip nors susiję su paviršiais.

– Taigi, galbūt galėtume konstatuoti, kad jau nebėra didelio atotrūkio tarp žinių ir konkrečių nanotechnologijų taikymų?

– Kaip čia pasakius. Kai kur toks atotrūkis yra, kai kur ne, tai priklauso nuo mokslinės grupės pakraipos. Mes esame universitetinė mokslinė grupė, tad mūsų pagrindinis produktas – moksliniai tyrimai, žinios, ir būtent taip bandome orientuoti mūsų ruošiamus būsimuosius specialistus. Tai turi būti aukščiausio lygio mokslininkai ir aukščiausio lygio lyderiai. Tokia yra Universiteto misija. O paskui jau seka praktinis žinių taikymas. Tai tarsi žemesnis laiptelis. Nors, aišku, tai mums labai artimas dalykas, bet be žinių, mokslinio patyrimo praktinis taikymas ne visada būna geras arba ne visada iki galo suprastas, nevisavertis.

– Esame VU nanotechnologijų centre, gal galėtumėte trumpai jį pristatyti?

– Nanotechnologijų ir medžiagotyros centras „Nanotechnas“ veikia VU Chemijos fakultete. Pradėjome jį steigti 2004 metais, o visas procesas užtruko iki 2008 – 2009 m. Tuo metu jis buvo juridiškai įteisintas Chemijos fakulteto tarybos ir pradėjo veikti. Žmonės čia tie patys, iš kelių katedrų, daug visokių post-doktorantūrinių stažuočių, daug magistrantų, doktorantų. Mūsų centre darbuojasi žmonės iš įvairių universitetų, mokslinių tyrimų institutų.

– „Nanotechno“ patalpos atrodo nedidelės, ir aparatūros iš pažiūros nėra labai daug… Gal toks įspūdis klaidingas?

– Chemijos fakultete trūksta vietos, ir nieko čia nepadarysi. O aparatūros iš tikrųjų čia yra nemažai, už kokius 4,5 milijono litų, taip tik atrodo, kad jos gal nedaug. Iš tikrųjų jos tankis per didelis, bet trūksta ploto. Mes turime kituose institutuose dar šiek tiek vietos, kur gerokai erdviau ir mažiau žmonių. Paprastai čia pas mus žmonių būna per daug, visi vienu metu niekaip nesutelpa.

– Ar galėtumėte papasakoti apie šią techniką, kam ji skirta?

– Turime tikrai unikalų atominių jėgų mikroskopą, juo galime tyrinėti ląstelių paviršių beveik atomų lygmenyje. Skamba įspūdingai? Mano žiniomis, toks įrenginys yra vienintelis Baltijos šalyse. Kiti mokslo centrai taip pat turi atominių jėgų mikroskopus, bet ne tokio tipo. Šis skirtas dirbti skysčiuose ir tyrinėti ląsteles. Tai viena iš jo taikymo krypčių, bet tai nereiškia, kad jis tik tam skirtas. Juo galima atlikti ir tuos tyrimus, kuriems naudojami standartiniai atominių jėgų mikroskopai, ir tyrimus skysčiuose, natūralioje ląstelių dauginimosi aplinkoje.

– Bet čia labiau biochemijos sritis?

– Nepasakyčiau, dabar chemijos mokslas taip išsiplėtęs, kad jei pasižiūrėtume į ES direktyvas, pamatytume, jog biochemija jau beveik tapo chemijos sritimi. Ji – tarp gyvybės mokslų ir tarp chemijos, viena dalis čia, kita – ten. Beje, tai labai patogu prireikus finansavimo tyrimams, nes galima kreiptis bet kur.

– Ar šis prietaisas daugiau skirtas teoriniams tyrimams, pavyzdžiui, parodyti, kaip kas veikia, ar praktiniams nanotechnologijų taikymams?

– Jo paskirtis – tirti ląstelę, o tai, ką ištiri, gali kažkur pritaikyti. Jei geriau supranti ląstelės paviršiaus veikimo mechanizmus, gali šias žinias pritaikyti praktiškai. Pavyzdžiui, mes dabar užsiimame mielių ląstelių sienelių modifikavimu…

– Genetinė inžinerija?

– Ji irgi gali būti taikoma, bet tokiu atveju ląstelė keičiama iš vidaus modifikuojant genomą, o mes žiūrime, kaip yra pasikeitusi mielių ląstelių sienelė. Ji mums šiek tiek trukdo, nes norime mieles pritaikyti, pavyzdžiui, elektros energijos gamybai. Tą galima padaryti, ir tai veikia, bet efektyvumą gerokai sumažina mielių ląstelių sienelė: skirtingai nuo paprastų ląstelių, mielių ląstelės virš membranos dar turi tokią peptidoglikaminę sienelę, ji gana kieta ir sunkiai praleidžia medžiagas, galinčias pernešti elektros krūvį. Kad tuos apsunkinimus būtų galima sumažinti, mes tas mieles įvairiais būdais modifikuojame, elektra „prašaudome“ skyles ląstelių sienelėse. Turime reikiamą įrangą Puslaidininkių fizikos institute. Paskui atominių jėgų mikroskopu žiūrime, kaip tos sienelės pasikeitė, koks jų kietumas. Ta skylė būna apie 200 nanometrų dydžio. Ji kurį laiką žiojėja ląstelės sienelėje, paskui užgyja. Praktinė užduotis – pritaikyti tokias mieles elektros energijos gamyboje. Galima ir „Maximoje“ nupirktas mieles pritaikyti, bet našumas menkokas. O kai jų ląstelių sienelės „prašaudytos“, našumas jau visai kitoks, tada mes į vidų galime „įkišti“nanostruktūras, laidžias elektros srovei. Šiuo mikroskopu matome, kaip mūsų „šaudymas“ veikia ląstelės sienelę.

– Kokia šio aparato kaina?

– Su visais priedais būtų apie 1,5 mln. litų. Mes jį naudojame jau kokius 3 – 4 metus. Nupirkome vieną naujausių („Veeco“ gamybos, po to šią bendrovę įsigijo „Bruker“), bet reikėjo daug derinti ir daug ką modifikuoti, keisti, kol pradėjo puikiai veikti.

– Kokios dar mokslinės įrangos turite „Nanotechne“?

–Turime visą seriją paviršiaus plazmonų rezonanso jutiklių, juos taikome kurdami įvairias imunoanalizės sistemas. Jie irgi yra gana unikalūs, Lietuvoje jų jau pamažu randasi, kiek žinau, bus ir daugiau, bet mes buvome pirmieji. Vienas jų sujungtas su elektrochemine įranga: mes patys padarėme jo išplėtimą, sujungėme su fluorescenciniais tyrimo metodais. Tereikia įjungti šviesolaidžius, ir vienu metu galima analizuoti 3 signalus.

Toks prietaisas skirtas, pavyzdžiui, antigeno – antikūno komplekso susidarymui tirti, antikūnų koncentracijai kraujyje nustatyti. Tai labai praktiškas pritaikymas. Pavyzdžiui, reikia nustatyti kažkokių antigenų koncentraciją tam tikroje aplinkoje, jei, tarkime, turime kokią nors mus dominančią terpę, kur daug virusų. Jeigu užsikrėtėme virusu, pagal tai, kokie antikūnai sugeneruojami, galima nustatyti, kokiu. Norėčiau pabrėžti, kad naujos analizinės įrangos kūrimas yra viena svarbiausių mūsų darbo krypčių.

Pirmąjį iš šių aparatų įsigijome prieš 5 metus, juo padarėme pakankamai aukšto lygio mokslinių darbų, paskelbtų prestižiniuose mokslo žurnaluose. Plėtojame, keičiame savo metodus, sugalvojame naujų principų, kaip būtų galima patobulinti šią metodiką – ne tik išplėsdami papildomais fizikiniais principais, bet ir ieškodami būdų, kaip būtų galima tą ypatingai jautrią nanotechnologinę jutiklio dalį pakeisti, kaip imobilizuoti tas biomolekules kitaip, nei kiti autoriai buvo padarę.

– Ar prie šios technikos prileidžiami tik mokslininkai, doktorantai, ar ir studentai?

– Buvo visaip, ir studentus leidome, bet dabar gana daug doktorantų turime, tad įvedėme tam tikrų apribojimų. Prieš dirbant reikia dalyvauti maždaug 2 mėnesių parengiamajame praktiniame kurse, kaip naudotis, nes buvo daug gedimų, daug visokios žalos – pavyzdžiui, netyčia sudaužydavo prizmes, kainuojančias po 20 – 30 tūkst. litų. Pasitaikydavo tokių atvejų. Derinimas labai jautrus, dėl neatsargių veiksmų jis išbalansuojamas.

– Turbūt teorinėms žinioms iki atsirandant šiems prietaisams buvo skiriamas kur kas didesnis dėmesys?

– Sakyčiau, nanomokslas VU Chemijos fakultete buvo plėtojamas nuo pat jo įkūrimo. Tai tas pats mokslas, tik tam tikra prasme naujas jo „įpakavimas“, naujas požiūris. Finansavimas skatina tam tikrų jo krypčių spartesnę raidą. Dėl tokio stimuliavimo kai kuriose srityse tikrai pasiektas proveržis. Ir pasauliniu mastu, ir Lietuvoje.

Standartinė lietuviška kryptis – lazeriai, ten nanotechnologijos ypatingai reikalingos, nes pasirodė, kad naujos nanomedžiagos gali pasižymėti labai unikaliomis optinėmis savybėmis, įvairiais netiesiškumo efektais ir pan. O visa tai labai plačiai pritaikoma lazeriuose. Jei kalbėtume apie biotechnologijas, kol kas šioje srityje truputėlį bijomasi nanotechnologijų, nors ten ypatingai didelis proveržis gali būti pasiektas naudojant įvairius nanostruktūrintus polimerus. Juos naudojant galima įvesti į įvairias medžiagas, tarp jų ir DNR, į ląsteles, ir taip jas keisti. Apie biomokslus labai daug nanotechnologijų „sukasi“. Jei skaičiuotume procentais pagal išeigą, kur daugiausiai pasiekta – turbūt pirmautų nanobiotechnologijos, nanotechnologijų ir biotechnologijų derinys. Tai galimybė suderinti tai, kas gyva, su tuo, kas negyva.

Na, pavyzdžiui, pagalvokime, kaip būtų gerai, jei mums nereikėtų nuolat kompiuterio klavišų spaudyti, kad galėtume tiesiogiai prie jo prisijungti – nebūtinai tiesiogiai laidus į galvą kišant, bet per kokį nors nervą. Manau, kad nelabai tolimoje ateityje tai bus įmanoma. Daug grupių dirba ta linkme. Tos neuronų jungtys su puslaidininkiais yra labai svarbios. Na, gal ir nebūtinai reikia visiems tokiu būdu prie kompiuterių jungtis, bet juk yra žmonių su įvairiausiomis negaliomis, su stuburo traumomis. Kuriamos vadinamosios nanosinapsės, kurios leidžia sujungti neuronus, nutrauktus nervus ir į tarpą tarp jų įdėti procesorių… Kuriant tokias jungtis ir įrangą be nanotechnologijų apsieiti praktiškai neįmanoma. Juk tos nanosinapsės yra nanolygmens objektai. Beje, ES finansuoja daug tokių projektų, kur bandoma sujungti gyvą su negyvu.

– Gal ir jūsų centre yra kokių „egzotiškų“ technologijų ar produktų sukurta?

– Iš „egzotiškų“ galėčiau paminėti mielių taikymą elektros energijos gamyboje. Mes dėl tam tikrų priežasčių dar nedaug publikacijų skelbiame šia tema. Skelbiame tai, kas ne per daug praktiška, ir dažniausiai tas vietas, kur daugiau mokslo, o mažiau praktiškumo. O tik po to ieškome efektyvesnių kelių, kaip tai būtų galima praktiškai įgyvendinti.

Lietuvoje pirmieji pradėjome kurti imunojutiklius ir DNR jutiklius. Imunojutikliais galima identifikuoti mikroorganizmus ir virusus, daugelis jų yra skirti antikūnų paieškai: paimame kraują ir nustatome, kokia infekcija buvo užsikrėtęs žmogus. Tai nėra lengva, nes tie antikūnai yra panašūs vienas į kitą, skiriasi tik maža jų struktūros dalis, kuri atpažįsta antigeną, organizme yra dešimtys tūkstančių skirtingų jų tipų. Ne taip lengva atskirti vieną nuo kito. Mūsų klinikose naudojamos labai brangios, bet primityvios analizės sistemos, pvz., imunofermentinė analizė (angl. trumpinys „Elisa“). Ji gana tiksli, bet palyginus su mūsų naudojama tūkstantį kartų brangesnė, žymiai ilgiau užtrunka.

– Bet jūs nekomercializuojate savo imunojutiklių?

– Mes atliekame mokslinius tyrimus. Jei būtų labai didelis badas, bandytume kažką komercializuoti. Vieną kitą sistemą… Nors mūsų grupė nemaža, bet pajėgumai yra riboti. Jei viena grupės dalis kuria jutiklį, kuriuo, pvz., galima nustatyti ŽIV virusą, kad būtų galima atpiginti analizę, tai paprastai užtrunka kelerius metus. Iš tiesų tas komercializavimas yra gana ilgas procesas.

– Kalbėjome apie techniką, o ką būtų galima pasakyti apie čia dirbančius žmones?

– Šiuo metu turime tris stažuotojus po doktorantūros studijų. Kasmet pas mus stažuojasi 2 – 4 žmonės, kartą net penkis turėjom. Stažavimasis trunka dvejus metus. Turime apie dvylika aktyvių doktorantų, dar yra magistrantų ir bakalaurų. Pas mus darbuojasi įvairių sričių atstovai, pradedant fizikais, baigiant biologais. Visas spektras – fizikai, biofizikai, chemikai, biochemikai, biologai, kažkada buvo medikų. Ne tik iš VU, bet ir kitų universitetų, mokslo institutų, ta grupė yra mišri, ir net kartais ieškom tam tikrų specialistų, pavyzdžiui, jei reikia fiziko tam tikriems projektams vykdyti.

– Kokia raidos etape dabar yra „Nanotechnas“?

– Pagal vykdomus projektus kitais metais bandysime pereiti į stabilią fazę, jeigu viskas pavyks kaip sumanyta. Įranga, deja, yra pirkimo etape, pačiame nemaloniausiame. Labai daug biurokratijos. Nors dar nematėte, bet yra jau įsigytas neblogas elektroninis mikroskopas, yra panašios įrangos, išdėstytos kitose laboratorijose. Dalis jos yra įvairiose pirkimo fazėse, tarp jų ir blogose, turiu galvoje žlugusius konkursus, neįvykusius pirkimus. Apie kiekvieną įrenginį būtų galima po atskirą ilgą istoriją papasakoti.

– Kaip įsivaizduojate savo centro kasdienybę po penkerių metų?

– Moksline prasme mums ir dabar labai neblogai sekasi, kokybė nėra bloga, bet norėtųsi ją dar labiau pakelti. Dabar siekiame, kad beveik visa mokslinė produkcija būtų labai kokybiška, paties aukščiausio lygio, o kiekis – tas pats kaip dabar. Daugiau jau sunkiai begalima jos „pagaminti“. Kadrų pasirinkimas, tikiuosi, bus dar geresnis, stažuotojai bus aktyvesni ir savarankiškesni. Dabar kartais kai kuriuos reikia už rankos vedžioti, ir tai labai daug laiko atima. Bet ir šia prasme tendencija yra teigiama. Po truputį vidutinė kadrų kokybė gerėja, mes jau sustabdėme grupės augimą. Manau, kad ateityje seksis gerai, tendencijos yra tikrai neblogos.

– Dėkoju už pokalbį.

Aut. teisės: TV3
TV3
Autoriai: Arvydas Praninskas

(0)
(0)
(0)

Komentarai (1)