Jedyny w Polsce zespół naukowców, którzy tworzą diamentowe półprzewodniki

Diamenty mogą znaleźć zastosowanie w elektronice, optoelektronice, chemii, ochronie środowiska, medycynie, czy analityce badawczej. Na Politechnice Gdańskiej, pod kierownictwem prof. Roberta Bogdanowicza, działa jedyny w Polsce zespół, który prowadzi badania nad półprzewodnikowymi diamentami i możliwościami ich wykorzystania, m.in. przy walce z COVID-19, w diagnostyce medycznej nowej generacji czy utylizacji problematycznych związków w oczyszczalniach ścieków. Wyniki badań publikowane są w prestiżowych czasopismach.

Naukowcy z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG zajmują się badaniami nad syntetycznym półprzewodnikowym diamentem (warstwami nanowęglowymi i diamentowanymi). Dlaczego diament?

– Przy typowym przewodnictwie metalicznym (np. grafen) w interakcjach biologicznych często dochodzi do lokalnego zniszczenia materii biologicznej. Powstaje wtedy pytanie czy na przykład wirusa nie było czy zniszczyliśmy go za pomocą układu, który miał go wykrywać? – mówi dr hab.inż. Robert Bogdanowicz, prof. uczelni, zastępca kierownika Katery Metrologii i Optoelektroniki ETI PG. – Dlatego dąży się do stosowania półprzewodników, takich jak wytwarzany przez nas diament, który tworzy specyficzną przewodzącą strukturę.

Zespół prof. Bogdanowicza, który jest jedynym zespołem w Polsce zajmującym się syntezą półprzewodnikowych struktur diamentowych, utrzymuje kontakt z zespołami z USA, Chin, Niemiec, Wielkiej Brytanii, Francji, Włoch i prowadzi z nimi wspólne eksperymenty.

Poniżej niektóre z projektów realizowanych w Laboratorium Syntezy Innowacyjnych Materiałów i Elementów (Centrum Zaawansowanych Technologii) mieszczącym się na WETI, którego szefem jest prof. Bogdanowicz.

Diamenty w walce z Covid-19 i grypą

Naukowcy z PG w ramach projektu iCOVID od kilku miesięcy pracują nad stworzeniem elektronicznej platformy analitycznej, wykorzystującej elektrody zbudowane z diamentów, do analizy mechanizmów atakowania komórki przez wirusa SARS-CoV-2. Platforma ma służyć nie tylko do badania potencjalnych nowych leków na COVID-19, ale też do sprawdzania, które metody skutecznie inaktywują wirusa w ślinie i wymazach z nosa.  

­– Proces wiązania wirusa do receptorów stanowi ważny, wczesny etap infekcji, na którym można zapobiec chorobie przy użyciu odpowiednio dobranych nowych leków. Właśnie udało nam się połączyć powierzchnię węglową z receptorem ACE2, a więc tym, który jest postrzegany jako główna droga dla wirusa do komórek. To są rzeczy, których nigdy nikt wcześniej nie robił – relacjonuje przebieg badań prof. Bogdanowicz. – Równolegle do badania interakcji pomiędzy receptorem ACE2 a białkiem typu S prowadzimy badania nad interakcją białka N - czyli takiego, które nie mutuje, a więc w każdym wirusie jest takie samo - z przeciwciałem. Opieramy się o białka od innych wirusów, w tym HSV i grypy, bakterii i grzybów.

Zespół prof. Bogdanowicza współpracuje w tym zakresie m.in. grupą badawczą z California Institute of Technology, Instytutem Biotechnologii i Medycyny Molekularnej w Gdańsku oraz biotechnologami z Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Równolegle kontynuowany jest projekt dotyczący testu grypowego, wykorzystującego diamentowy bioczujnik, który wykrywa patogeny wywołujące grypę w ślinie pacjenta. Jak zapowiada prof. Bogdanowicz, jeśli technologia sprawdzi się na tej platformie, będzie można ją w przyszłości profilować także pod kątem COVID-19.

Elektrody diamentowe do oczyszczania ścieków

Członkiem zespołu prof. Bogdanowicza oraz wykonawcą w projektach, który obecnie rozpoczyna samodzielną karierę badawczą jest dr inż. Michał Sobaszek. Młody naukowiec zajmuje się m.in. rozwiązaniami z szeroko rozumianej ochrony środowiska.

– Półprzewodnikowe elektrody diamentowe przewodzą prąd elektryczny oraz są dobrym przewodnikiem ciepła odpornym na trudne warunki środowiskowe. Generują rodniki rozkładające związki organiczne, które nie mogą zostać zutylizowane w oczyszczalniach biologicznych czy innymi technikami. W ten sposób można z niemal stuprocentową skutecznością usuwać nie tylko związki organiczne, ale także wirusy i bakterie – tłumaczy dr inż. Michał Sobaszek. ­– Obecnie pracujemy nad rozwiązaniami dotyczącymi mineralizacji ścieków i odcieków ze składowisk.

W ramach finansowanego z Funduszy norweskich i EOG projektu i-CLARE, którego kierownikiem jest prof. Bogdanowicz, ma powstać inteligentny system do usuwania szkodliwych zanieczyszczeń w wodzie, jak leki, antybiotyki, hormony czy dioksyny, które są obecne w wodach opadowych, ściekach gospodarczych. Będzie to niewielka instalacja wykorzystująca porowate elektrody diamentowe, która pozwoli utylizować problematyczne związki organiczne.

– Materiał wyglądem przypomina gąbkę do zmywania, ale jednocześnie jest to materiał przewodzący i na nim zachodzi utlenianie – tłumaczy prof. Bogdanowicz. – Skupiamy się na utlenianiu związków, które według wskazań Komisji Europejskiej stanowią największy problem oraz procesach związanych z ich rozpadem.

Naukowcy z ETI współpracują w tym projekcie z naukowcami z Instytutu Biotechnologii i Medycyny Molekularnej w Gdańsku (lider) i Norwegian Institute for Air Research. Partnerem przemysłowym jest firma SensDX.

Ultraczułe systemy analityczne dla naukowców

Kolejnym programem realizowanym z Funduszu norweskiego przez gdański zespół od diamentów, jest projekt UPTURN, którego celem jest skonstruowanie szeregu urządzeń do ultraczułych pomiarów procesów elektrochemicznych w mikro-objętościach do zastosowania zarówno w laboratorium przemysłowym, jak i badawczym.

– Takiego gotowego układu analitycznego praktycznie nie ma na rynku – podkreśla prof. Bogdanowicz.

Partnerami PG w projekcie są Sintef MinaLab z Norwegii, Instytut Chemii Fizycznej PAN i polski oddział Redox.me AB.

Dr inż. Michał Sobaszek (172,31 pkt.) oraz prof. Robert Bogdanowicz (155 pkt.) osiągają najwyższe wyniki publikacyjne na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki i znajdują się w gronie najwyżej punktowanych naukowców na Politechnice Gdańskiej w odniesieniu do wymaganego wypełnienia slotów publikacyjnych.