Ektoina, grafen i nanocząstki. Miliony złotych ukryte w polskich laboratoriach

Ektoina to aminokwas wykorzystywany przede wszystkim w medycynie i przemyśle kosmetycznym. Jest stosowana przy radio- i chemioterapii w leczeniu niektórych nowotworów. Zwiększa też immunoodporność na wirusa HIV. A ostatnie badania dowodzą, że może być wykorzystywana w terapii przeciwko chorobie Alzheimera. Jakby tego było mało, chroni człowieka np. przed promieniowaniem UV i zapobiega procesom starzenia się. Dlatego stosowana jest m.in. w kremach nawilżających i przeciwzmarszczkowych. Problem w tym, że ektoina jest wytwarzana przez mikroorganizmy żyjące w skrajnie niesprzyjających warunkach, np. gejzerach czy słonych jeziorach. Jakby tego było mało, występują one niezwykle rzadko.

Oczywiście naukowcy już wcześniej wpadli na pomysł, aby wytworzyć substancję w laboratorium. Tylko, że stosowana dotąd metoda jest nie tylko bardzo kosztowna, ale i czasochłonna, bo składa się aż z 22 etapów syntezy chemicznej. Nic więc dziwnego, że wytworzenie substancji jest bardzo drogie, a kilogram ekotoiny kosztuje 188 tys. złotych. To o około 50 tys. złotych więcej niż ważąca tyle samo sztabka złota. Światowy przemysł potrzebuje około 75 tys. kg ektoiny rocznie. Łatwo policzyć, ile można zarobić, gdyby wytworzyć substancję taniej i szybciej. To właśnie udało się zespołowi pod kierownictwem prof. Zofii Stępniewskiej z Katedry Biochemii i Chemii Środowiska KUL. - Przy wykorzystaniu nowo odkrytej metody, koszty produkcji ektoiny obniżone zostają do około 2,5 tys. złotych za kilogram – mówi Katarzyna Bojko z biura prasowego KUL. Rewolucyjna metoda wytwarzania aminokwasu została już opatentowana. Obecnie trwają rozmowy na temat wprowadzenia jej do produkcji. Nabywców z pewnością nie zabraknie. Już teraz firma kosmetyczna z Holandii zgłosiła się do naukowców z propozycją kupna każdej ilości ektoiny.

Równie szerokie zastosowanie w przemyśle może mieć antybakteryjny materiał, który opracowali naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Z pozoru to tylko biały proszek, ale jego właściwości są niesamowite. Antybakteryjny materiał oparty jest na nanocząstkach srebra o rozmiarach jednomilionowej części milimetra. Nanocząstki są bakteriobójcze i grzybobójcze. Jednak ich działanie w dużych ilościach było dotąd szkodliwe, a nawet groźne, bo uwalniały się zbyt szybko. Dlatego zespół pod kierownictwem prof. Szczepana Zapotocznego opracował materiał, który spowalnia uwalnianie się nanocząstek srebra do środowiska. - Nie odkrywamy nanocząstek srebra, ale nadajemy im nowe opakowanie, dzięki któremu uwalniane są w sposób wolny i kontrolowany – tłumaczy prof. Szczepan Zapotoczny. – Co więcej „zapakowane” nanocząstki są w pewien sposób unieruchomione i działają tylko w tym, miejscu, gdzie chcemy – wyjaśnia.

Antybakteryjny materiał chemików z UJ można wykorzystać m.in. w produkcji sprzętu AGD, farb i lakierów. - Taką farbą można np. pomalować salę operacyjną, która przez długi czas będzie chroniona bakteriologicznie, bo uwięzione w farbie nanocząsteczki srebra będą uwalniać się stopniowo – tłumaczy prof. Zapotoczny. – Oznacza to, że efekt bakteriobójczy nie będzie gwałtowny, a to dobrze, bo w wielu miejscach pożądane jest to, aby działanie było długotrwałe – wyjaśnia. Mikrocząsteczki, które są nośnikami nanocząsteczek srebra znajdą również zastosowanie jako dodatki do tworzyw sztucznych. – Mogą być też wykorzystane w przemyśle spożywczym i właściwie wszędzie tam, gdzie potrzebna jest bakteriostatyczność dużych powierzchni i gdzie chcemy ograniczyć rozwój bakterii i grzybów – mówi prof. Zapotoczny. Opracowaną przez jego zespół technologię bardzo łatwo można zastosować w produkcji przemysłowej. – Spektrum zastosowań tego materiału jest bardzo szerokie. Trudno oszacować, ile warty jest ten rynek, ale można sobie wyobrazić, jak ogromna jest potencjalna skala zastosowań antybakteryjnego materiału – dodaje.

W Krakowie trwają badania także nad materiałem, który może odmienić rynek transportu energii elektrycznej. Badacze z Akademii Górniczo-Hutniczej pod kierunkiem prof. Tadeusza Knycha pracują tam nad stworzeniem nowego typu przewodów z wykorzystaniem grafenu. Wynalazek ma umożliwić szybszy i bardziej ekologiczny przepływ prądu elektrycznego. Najlepszym w świecie przewodnikiem elektryczności jest srebro. Jednak jest zbyt drogie, aby używać go na szeroką skalę, np. w liniach napowietrznych łączących elektrownie z oddalonymi o setki kilometrów miastami. Dlatego od dawna ten surowiec zastępują aluminium i miedź. Są tańsze, a ich właściwości przewodzące są podobne.

Naukowcy z AGH chcą stworzyć przewody nowej jakości łącząc grafen, któremu przypisuje się bardzo dobrą przewodność elektryczną z aluminium i miedzią. Efektem będą nowe materiały. Z połączenia z miedzią powstanie tzw. CuGRAF, a z aluminium - tzw. AlGRAF. Z tych materiałów będzie można wyprodukować przewody, które szybciej przesyłają prąd. Ma to częściowo zniwelować problemy, z którymi obecnie zmaga się rynek przesyłu energii elektrycznej. - Dużym problemem są np. blackouty, czyli przerwy w dostawie prądu ze względu na przegrzewanie się przewodów, co czasem prowadzi do większych awarii. Kolejny problem to utrata energii elektrycznej, która w czasie transportu zmienia się na ciepło i ulatuje do atmosfery zanieczyszczając powietrze – mówi prof. Tadeusz Knych.

Według szacunków na transporcie energii dostawca traci około 10 proc. jej początkowej wartości. - Straty przy transporcie są bardzo duże. Szacuje się, że jest to około 10 proc. co przekłada się na wartość około 2 mld złotych – mówi Knych. – A ta kwota będzie jeszcze rosła, bo z czasem będziemy zużywać, a więc i transportować coraz większe ilości energii – dodaje. Jeżeli naukowcom z AGH uda się połączyć grafen z miedzią i aluminium, to rozpocznie się produkcja m.in. kabli i przewodów, które można wykorzystać nie tylko do transportu energii do odbiorców z elektrowni, ale także np. w urządzeniach elektronicznych.

- Nasz wynalazek można właściwie zastosować wszędzie tam, gdzie trzeba dostarczyć prąd. Materiał, który szybciej i taniej będzie dostarczał energię elektryczną zawsze będzie pożądany – uważa prof. Knych.

Jednak materiał, nad którym pracuje jego zespół pozwoli przede wszystkim na duże oszczędności i zmniejszenie strat w transporcie energii. - Realne są szanse obniżenia tych strat o około 40-50 proc. Jeżeli uda się obniżyć straty o połowę, to łatwo policzyć, że oszczędności będą wynosić około miliarda złotych rocznie – mówi Knych. Dodaje, że trzeba wziąć pod uwagę fakt, iż z czasem będziemy zużywać coraz więcej energii. - Za 30 lat Polska będzie mieć dwa razy większą konsumpcję energii elektrycznej. Dziś zużywamy 160 terawatogodzin rocznie, w 2040 r. będziemy używać już ok. 300 terawatogodzin, a więc i kwota ewentualnie zaoszczędzonych strat będzie większa – szacuje prof. Knych.

Inwestycji w naukowe badania, które mogą przełożyć się na realne wsparcie dla gospodarki wcale nie musimy szukać na Ziemi. Nad naszymi głowami krąży pierwszy polski satelita naukowy „Lem”, którego misja rozpoczęła się pod koniec listopada ubiegłego roku i potrwa trzy lata.

W tym czasie krążący dookoła Ziemi sprzęt będzie sprawdzał m.in., jak zmienia się jasność gwiazd. - Zmiany jasności odpowiadają drganiom na powierzchni gwiazdy. Widząc, jak jej powierzchnia drży można dojść do tego, co dzieje się pod jej powierzchnią. Ten rodzaj nauki nazywamy astro-sejsmografią – wyjaśnia dr inż. Marcin Stolarski z Centrum Badań Kosmicznych PAN, który jest laureatem ubiegłorocznego konkursu dla naukowców FameLab. Kiedy „Lem” dowie się już, jak działają gwiazdy, zebrane przez niego informacje naukowcy będą mogli wykorzystać np. do skuteczniejszego przepowiadania pogody słonecznej, która może zagrażać satelitom latającym wokół Ziemi. - W przyszłości może nawet będziemy potrafili zbudować własną gwiazdę na Ziemi i zamieniać jej energię na energię elektryczną – twierdzi Marcin Stolarski, ale zaznacza, że to wizja dalekiej przyszłości.

- Obecnie ważny jest też cel propagandowy. Pokazujemy, że budujemy satelity, a wraz z wysyłaniem ich w kosmos przekazujemy światu informacje, że „znamy się na tym”. W odpowiedzi do Polski zaczynają spływać zapytania, czy np. możemy zbudować satelitę na zlecenie. Z czasem takie rozmowy zmieniają się w kontrakty, a te w realne pieniądze – mówi Stolarski. Równie ważne jest to, że Polska poprawa swój wizerunek. Stajemy się krajem, który jest w stanie wytwarzać high-tech. – Z miejsca, gdzie uprawia się ziemniaki na miejsce, gdzie buduje się satelity. To ułatwia drogę innym producentom a jednocześnie zmniejsza emigrację inżynierów za granicę – twierdzi naukowiec. Technologie z przemysłu kosmicznego można wykorzystać np. w przemyśle obronnym. – Gdy widzimy, co dzieje się na Ukrainie, to zapewne korzystne dla naszego bezpieczeństwa byłoby posiadanie własnych zdjęć satelitarnych tamtej okolicy. Nasi sojusznicy wcale nie muszą nam ich udostępnić – mówi Stolarski. Dodaje, że Unia Europejska inwestuje w różne technologie, aby nie być zależnym od systemów innych krajów. - Zainwestowała m.in. w rozwój własnego systemu lokalizacji GPS Galileo – podkreśla.

W listopadzie 2012 roku Polska wstąpiła do Europejskiej Agencji Kosmicznej. Może to pomóc w rozwoju tego przemysłu nad Wisłą. Nasza roczna składka do ESA to 19,2 mln euro, ale większość, bo 90 proc. tych pieniędzy wraca do nas w postaci kontraktów dla przemysłu i środków, np. na utrzymanie laboratoriów. Rozwój przedsiębiorstw, które mogą oferować np. sprzęt wykorzystywany w kosmosie jest dla Polski szansą. Jest o co walczyć, bo w 2011 roku globalne przychody sektora kosmicznego osiągnęły blisko 290 mld dolarów. Pomimo kryzysu finansowego na świecie rynek ten odnotował wzrost piąty, kolejny rok z rzędu. W czasie pięciu lat zyskał aż 41 proc., a wobec 2010 roku - 12 proc.

Ale wróćmy na Ziemię. Na Politechnice Gdańskiej powstało urządzenie, które pomoże opiekunom osób starszych. Chodzi o e-wannę, która mierzy np. temperaturę wody, częstość uderzeń serca i oddechu kąpiącej się osoby, a także wykryje czy ta osoba się porusza. A jeśli wykryje zagrożenie, natychmiast powiadomi opiekunów np. SMS-em czy komunikatem na smartfonie. Nowoczesna wanna może być wykorzystywana zarówno przez indywidualnych odbiorców, jak i ośrodki medyczne. - Nasz wynalazek pozwala na zwiększenie bezpieczeństwa kąpieli. Wanna napełnia się automatycznie do ustawionego poziomu wody. Pozwala to zapobiec np. zalaniu łazienki i przyda się osobom, które mają problem z zanikami pamięci – mówi dr inż. Mariusz Kaczmarek z Politechniki Gdańskiej. Wanna nie tylko reguluje temperaturę wody, ale także sprawdza, czy i jak pracuje serce kąpiącej się osoby. Kontroluje też jego oddech. – W razie wykrycia zagrożenia np. zaniku aktywności ruchowej urządzenie wszczyna alarm i próżna wannę z wody, co minimalizuje ryzyko utonięcia – wyjaśnia Kaczmarek. Co ważne, indywidualni odbiorcy mogą wyposażyć zwykłą wannę w specjalną matę z wbudowanymi czujnikami. Naukowcy z Politechniki Gdańskiej rozpoczęli już proces komercjalizacji projektu. Chcą, aby ich wynalazek trafił do sprzedaży do lipca przyszłego roku. Jego wstępna cena to 1,5 tys. zł. – Z szacunków wynika, że zainteresowanie naszym produktem wynosiłoby około 600 sztuk rocznie dla indywidualnych odbiorców – twierdzi Kaczmarek. Dodaje, że bezpieczną wannę mogłyby też kupić domy opieki, szpitale. – Tutaj popyt jest szacowany na około 200 sztuk rocznie w okresie najbliższych pięciu lat – prognozuje badacz. Wskazuje, że urządzenie jest innowacyjne, dlatego trudno przewidzieć, jak będzie odbierane przez klientów. - Jednak ostrożnie szacując, że sprzedaż w ciągu pierwszych pięciu lat osiągnie pułap 4 tys. sztuk, to łatwo wyliczyć, że przychody będą sięgać około 6 mln złotych – mówi Kaczmarek.

Odkrycia polskich naukowców mogą ulepszać otaczającą nas rzeczywistość i ułatwiać nam życie. Często są też potencjalnym źródłem ogromnych zysków, a ich efekt pozwala na rozwój przemysłu, nowych gałęzi gospodarki i technologii. Tymczasem z danych GUS wynika, że Polska w 2012 roku wydała zaledwie 0,9 proc. PKB (14 mld 352,9 mln złotych) na badania i rozwój. Ostatnio wicepremier Elżbieta Bieńkowska stwierdziła, że chce, aby nakłady na badania naukowe wzrosły do 2 proc. PKB w 2023 roku.

Autor: Marek Szymaniak / Źródło: tvn24bis.pl