Biotechnologia.pl: Skąd taka tematyka badań?

Dr Beata Łuszczyńska: W organicznych tranzystorach, kanał półprzewodnika może stanowić materiał organiczny czuły na obecność danego analitu. I tutaj otwiera się szereg potencjalnych możliwości; wkomponowanie enzymu w strukturę urządzenia daje możliwość detekcji specyficznego co do użytego enzymu analitu np.: glukozy lub mocznika. Analit adsorbujący się na powierzchni materiału stanowiącego kanał urządzenia będzie powodował zmiany prądu drenu.

Czyli sensory oparte na tranzystorach organicznych wykazują wiele zalet?

Oj zdecydowanie tak, ich zalety wynikają z właściwości materiałów organicznych stosowanych w tych urządzeniach. Urządzenia tego typu są lekkie, technologia ich wytwarzania jest prosta i energooszczędna; możliwa jest miniaturyzacja ich rozmiarów, a sygnał prądowy tych urządzeń jest łatwo mierzalny.

Można zatem z całą pewnością stwierdzić, że sensory mogą znaleźć zastosowanie jako cząstki wykorzystywane w medycynie, biologii czy chemii.

Wszystko to co Pani mówi to prawda, ja dodam tylko że ogromnym zainteresowaniem wielu gałęzi przemysłu cieszą się anality pozwalające na ocenę stanu zanieczyszczeń powietrza i wód gruntowych. Zapotrzebowanie na tanie, selektywne czujniki pozwalające na ich użycie w naturalnych warunkach środowiskowych jest ogromne. Elektronika organiczna (popularnie nazywana elektroniką plastikową) jest jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin opartych na innowacyjnych rozwiązaniach i technologiach. Polimery, popularnie nazywane ‘plastikami’ do niedawna kojarzone były tylko z materiałami izolacyjnymi, jednak odpowiednio modyfikowane i projektowane mogą pracować jako półprzewodniki, a także jako materiały elektrod. Mamy nadzieję, że podjęte prace zakończą się opracowaniem demonstratora, co pozwoli rozpocząć prace przedwdrożeniowe urządzeń.

Zdajemy sobie sprawę, że badania jakie państwo prowadzą wiążą się z dobrze prowadzonym zespołem naukowym, czy mogłaby Pani powiedzieć o Pani kolegach/ koleżankach z którymi Pani współpracuje ?

Prace badawcze, które prowadzimy maja charakter interdyscyplinarny. Eksperymenty, wykonywane są w Katedrze Fizyki Molekularnej pod kierunkiem profesora Jacka Ulańskiego, który z wykształcenia jest fizykiem od lat pracującym nad optymalizacją struktury materiałów organicznych oraz kompozytów do zastosowań w urządzeniach elektronicznych. Zespół badawczy składa się z osób reprezentujących bardzo różne dziedziny. Już tutaj pojawia się pierwiastek interdyscyplinarności, czemu z pewnością sprzyja miła atmosfera, która jest w naszym zespole badawczym. Ja zajmuję się niepożądanymi procesami utleniania organicznych komponentów, występującymi w urządzeniach elektronicznych, które często towarzyszą też układom biologicznym. W swojej dotychczasowej działalności naukowej dowiodłam, że zaburzenia funkcjonowania  organicznych urządzeń elektronicznych powstają wskutek inspiracji mechanizmami wykształconymi przez naturalne układy biologiczne np. działanie barwników w układach fotowoltaicznych przypomina rolę chlorofilu w liściach roślin. Z kolei dr inż. Ireneusz Głowacki dostosowuje procedury pomiarowe stosowane w klasycznej elektronice do pomiarów organicznych urządzeń elektronicznych, które jak do tej pory mają niższe parametry pracy i inne czasy odpowiedzi niż klasyczne urządzenia elektroniczne. Mamy również dwoje doktorantów: mgr. inż. Magdalenę Kucińską oraz mgr. inż. Remigiusza Grykiena, którzy są wykonawcami projektów badawczych realizowanych w Naszej Katedrze. Oboje chętnie włączają się w prace Katedry oraz działania promocyjne na rzecz Politechniki Łódzkiej.

Jakie źródła finansowania udało się Państwu pozyskać, aby zrealizować postawione hipotezy badawcze dotyczące sensorów?

Zespół badawczy pod kierunkiem prof. Jacka Ulańskiego przez kilka ostatnich lat rozwijał technologie wytwarzania i charakteryzowania organicznych urządzeń  elektronicznych takich jak tranzystory polowe w ramach projektów europejskich:

Grant Agreement Nr 214006, “Network of Excellence for Exploitation of organic and large area electronics”, POLYNET, 2008-2010, charakter udziału - partner, wielkość dofinansowania 236 616 euro.

Grant Agreement Nr 247745, “Network of Excellence for building up knowledge for improved systems integration for Flexible Organic and Large Area Electronic (FOLAE) and its exploitations”, FLEXNET, 2010-2012, charakter udziału - partner, wielkość dofinansowania 237 440 euro.

Wiemy już, że sensory i anality mogą w przyszłości znaleźć szerokie zastosowanie przemysłowe, ale jesteśmy również świadomi, że przed Wami, naukowcami w tej dziedzinie stoi jeszcze wiele znaków zapytania, co zatem udało się Państwu już osiągnąć?

Prace badawcze są we wczesnej fazie. Na ten moment została opracowana architektura urządzeń tranzystorowych wykorzystujących jako warstwę aktywną (kanał urządzenia) materiał polimerowy. Zostały wykonane charakterystyki urządzenia oraz zbadany czas życia tego typu tranzystorów. Teraz zespół musi pokonać trudności technologiczne związane z wprowadzeniem dodatkowych warstw w strukturę urządzenia tj: warstw zawierających cząsteczki selektywnie oddziałujące z analitem takie jak  enzymy oraz wykonać wiele prac analitycznych potwierdzających specyficzność i selektywność układów sensorowych.

Pozostaje Nam zatem trzymać kciuki i życzyć powodzenia

Dr inż. Beata Łuszczyńska - na poziomie magisterskim ukończyła wydział Chemii Spożywczej i Biotechnologii, na kierunku biotechnologia. Pracę doktorską  przygotowała i obroniła w Katedrze Fizyki Molekularnej na temat procesów pułapkowania i rekombinacji nośników ładunku w materiałach emitujących światło niebieskie. Odbyła roczny staż (2011-2012) w CEA, Grenoble, Francja gdzie pracowała nad hybrydowymi organiczno-nieorganicznymi fotodetektorami o odpowiedzi spektralnej w zkresie UV-vis-NIR. W 2013 odbyła dwutygodnowy staż w firmie BASF-Chemicals w Basel, Szwajcaria. Jest współautorem 14 publikacji w czasopismach polskich i zagranicznych.

Rozmowę przeprowadziła dr Marzena Szwed, redaktor naukowy portalu biotechnologia.pl