Paieška
LIETUVAGIMTASIS KRAŠTASISTORIJAEKONOMIKAKOMENTARAIPASAULISŠEIMA IR SVEIKATATRASA
ŽMONĖSKULTŪRASPORTASGAMTA IR AUGINTINIAIĮDOMYBĖSMOKSLAS IR ITMULTIMEDIA
MOKSLAS IR IT

Nanotechnologijų lenktynėse – ir lietuviai

 
2017 02 22 11:30
FTMC Nanoinžinerijos skyriaus mokslininkų dr. Artūro Ulčino (dešinėje) ir dr. Šarūno Vaitekonio straipsnis neseniai paskelbtas prestižiniame nanotechnologijų srities žurnale „Nanotechnology“. Alinos Ožič (LŽ) nuotraukos

Garantijos, kad pavyks, nebuvo jokios. Paviršiai turi būti itin lygiagretūs, kitaip jutiklis bus nulaužtas. Pradžioje dažnai taip ir nutikdavo. Tačiau Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) Nanoinžinerijos skyriaus tyrėjai dr. Artūras Ulčinas ir dr. Šarūnas Vaitekonis sugebėjo išspręsti technines problemas ir savo idėją įgyvendino. Sukurta unikali technologija veikė net geriau, nei tikėjosi.

„Mūsų sukurtu metodu, sėkmingai išbandytu ne tik eksperimentiniu, bet ir komerciniu atominės jėgos mikroskopu, galima skenuoti palyginti didelis plotus ir kur kas greičiau negu bet kada anksčiau, – sakė „Lietuvos žinioms“ projektui vadovavęs dr. A. Ulčinas. – Patobulintas atominės jėgos mikroskopas – dalis mūsų darbo. Kūrėme kaip ir platformą, kurią būtų galima panaudoti įvairiems naujiems dalykams. Ne vien tirti paviršių, bet jį ir modifikuoti, kurti ant jo naujas struktūras, ir daryti tai greičiau, tiksliau, pigiau, paprasčiau.“

FTMC mokslininkų dr. A. Ulčino ir dr. Š. Vaitekonio darbas neseniai paskelbtas prestižiniame šios srities žurnale „Nanotechnology“.

Dr. Artūras Ulčinas.

Tiesiog DVD galvutė

Perbraukę pirštais per paviršių labai aiškiai jaučiame, kur jis yra šiurkštus, kur – lygus. Nervų galūnės pirštų galuose perduoda elektrinį signalą į smegenis, jos interpretuoja gautą informaciją ir suformuoja mums paviršiaus vaizdą. Atominės jėgos mikroskopas veikia labai panašiai, tik atomų lygiu. Informacija gaunama jaučiant vadinamąją mechaninę sąveiką tarp paviršiaus ir tiriamojo zondo. Kai jie yra tokiu artumu, kad pradeda vienas kitą veikti, lankstus strypelis, ant kurio yra zondas, pradeda lankstytis, ir tą lankstymąsi galima išmatuoti, detektuoti ir konvertuoti į elektrinį signalą. Jis perduodamas į kompiuterį, kad informacija būtų apdorota ir pateikta žmogui suprantamu būdu.

Tačiau tyrėjų netenkina tokio tipo mikroskopų pagrindinis apribojimas – jų lėtas veikimas, nulemtas skenavimo įrenginių, kurie gali judinti zondą tik tam tikru greičiu ir atstumu. Todėl ieškoma būdų, kaip tokio tipo mikroskopus patobulinti. Pasak dr. A. Ulčino, geriausiai sekasi šioje srityje japonams, tradiciškai pasižymintiems kruopštumu, turintiems gerų elektronikos ir mechanikos inžinierių. Su jais būtų sudėtinga konkuruoti. Nebent randamas visai kitoks, netikėtas būdas.

„Tiesiog toptelėjo mintis, kad kompiuteriniai ar DVD diskai veikia labai panašiai. Tos salelės, į kurias įrašyti duomenys, yra labai mažos, keliolikos nanometrų dydžio, o diskai sukasi didžiuliu greičiu, ir vis tiek įmanoma duomenis nuskaityti. Galbūt galima pabandyti kai ką panašaus pritaikyti atominės jėgos mikroskopui?! Kaip pagrindą jutiklio lankstymuisi nuskaityti naudojome DVD galvutę, to buitinio prietaiso, kuris jau išeina iš plataus vartojimo, bet mums leidžia labai tiksliai konvertuoti mechaninį strypelio judėjimą į elektrinį signalą, kurį būtų galima perduoti kompiuteriui“, – pasakojo FTMC Nanoinžinerijos skyriaus vyresnysis mokslo darbuotojas

Nors taikyti ganėtinai paprasti sprendimai, jie būtų buvę neįmanomi, kaip pabrėžė dr. A. Ulčinas, jei ne kelios šiuolaikinės technologijos. Kompiuteriai turėjo tapti tokie galingi, kad galėtų informaciją apdoroti ir pateikti ekrane žmogui suprantamu būdu. Puslaidininkinės technologijos – tokios išplėtotos, kad gebėtų suformuoti nuo dešimties iki šimto atomų smailumo zondų galus. Adatėlė, liečianti paviršių, yra labai aštri, todėl ir gaunami ypatingos raiškos vaizdai.

Tyrėjams labai praverčia ir trimatis spausdintuvas, nes gali greitai išbandyti sukurtus prototipus: suprojektuoti kompiuteryje, reikalingas dalis atspausdinti ir patikrinti savo sprendimus. Vienetinių užsakymų mechaninės gamybos srityje dirbantys žmonės nelabai noriai imasi, juos dažniausiai domina tik didelės gaminių partijos.

„Paskelbėme publikaciją, kad galėtume kiek įmanoma labiau būti garantuoti, jog niekas kitas iki mūsų to nepadarys atominės jėgos mikroskopijos srityje.“

Paliko žymę

Lietuvos mokslo tarybos finansuojamą projektą FTMC Nanoinžinerijos skyriaus mokslininkai pradėjo prieš dvejus su puse metų. Kai darbą įpusėjo, sužinojo, kad Masačusetso technologijos instituto (JAV) tyrėjai pritaikė lygiai tokį pat metodą optinei mikroskopijai.

„Dėl patentavimo šiek tiek nespėjome. Todėl kuo greičiau paskelbėme publikaciją, kad galėtume kiek įmanoma labiau būti garantuoti, jog niekas kitas iki mūsų to nepadarys atominės jėgos mikroskopijos srityje. Palikome savo žymę, – sakė dr. A. Ulčinas. – Reikia dar įdėti darbo, kad šį metodą būtų galima plačiai taikyti, ir šiuo atžvilgiu yra dalykų, kurie dar gali būti patentuojami. Tai būtų jau kitas žingsnis, apie kurį nenorėčiau plačiau kalbėti.“

Nanoinžinerijos srityje susitinka įvairūs mokslai – fizika, inžinerija, chemija, biologija, medicina – ir atsiveria daug naujų galimybių. Todėl Lietuva, tyrėjo manymu, taip pat gali būti pastebima šioje srityje tarptautiniu mastu. Tokio tikslo link judama.

Dr. Artūras Ulčinas: "Patobulintas atominės jėgos mikroskopas - dalis mūsų darbo. Kūrėme kaip ir platformą, kurią būtų galima panaudoti įvairiems naujiems dalykams. Ne vien tirti paviršių, bet jį ir modifikuoti, kurti ant jo naujas struktūras, ir daryti tai greičiau, tiksliau, pigiau, paprasčiau."

Svarbu suprasti

Dr. A. Ulčinas – Kauno technologijos universiteto absolventas. Baigė taikomosios fizikos magistro studijas, daktaro darbą apgynė iš matavimų inžinerijos. Atominės mikroskopijos srityje dirba maždaug 20 metų. Su sparčiąja atominės jėgos mikroskopija susidūrė 2005–2009 metais per podaktarinę stažuotę Bristolio universitete, Anglijoje. Ten, pasak mokslininko, dirba viena stipriausių šios srities grupių pasaulyje, viena pirmųjų pradėjusi ieškoti būdų, kaip atominės jėgos mikroskopai galėtų veikti greičiau.

Po beveik penkerių metų Jungtinėje Karalystėje dr. A. Ulčinas su žmona Lina, Bristolio universitete baigusia psichologijos studijas, ieškojo galimybių grįžti į Lietuvą. Tokia galimybė atsirado tyrėjui sulaukus pasiūlymo dirbti FTMC Nanoinžinerijos skyriuje, vadovaujamame dr. Ramūno Valioko, grįžusio į Lietuvą iš Švedijos.

Dr. Š. Vaitekonis Vilniaus universitete (VU) baigė biologijos magistro studijas, doktorantūrą pasirinko iš fizikos srities.Tačiau dabar save vadina labiau inžinieriumi. Iš pradžių elektronika ir programavimas buvo tik pomėgis, vėliau tapo ir darbu. Mokslininkas tobulinam atominės jėgos mikroskopui kūrė elektroniką ir programinę įrangą.

„Ką žinosi, ant pečių nenešiosi, – juokavo dr. Š. Vaitekonis. – Viską, ką žinai, gali pritaikyti. Svarbu suprasti. Kai supranti, tada matai, kad ir vienur, ir kitur yra tas pats. Iš tikrųjų nesvarbu, kokį mokslą baigei, nes visi jie yra susiję. Ką matei biologijoje, iš dalies matai ir fizikoje, pastebi, kad jau padaryta ir programavimo, elektronikos srityse, nes yra kaip ir tam tikras gamtos pamėgdžiojimas. Tik gamtoje viskas sudėtingiau.“

Kaip pabrėžė dr. A, Ulčinas, tarpdiscipliniškumas vyrauja visose FTMC Nanoinžinerijos skyriaus tematikose. Ir dr. Š. Vaitekonis yra tipinis pavyzdys, kaip galima derinti įvairias sritis ir per tai rasti naujų sprendimų.

Tobulinant ir taikant

Iki šiol gydytojų plačiai taikomas tyrimo metodas – palpavimas. Tiesiog pačiupinėja audinius, pilvą, pažiūri, pavyzdžiui, ar nėra kokių nors sukietėjimų. Tai gali daryti ir atominės jėgos mikroskopas – tik jau atskirų ląstelių ar dar mažesniu lygmeniu. Kaip pasakojo mokslininkai, tokio tipo mikroskopai jau taikomi, pavyzdžiui, diagnozuojant, ar ląstelės yra vėžinės ar ne. Tam tikro tipo vėžio ląstelės yra minkštesnės nei sveikosios. Tiriant atominės jėgos mikroskopu ląstelių standumą, kaip jos atsako į mechaninį poveikį, galima diagnozuoti labai ankstyvą vėžio stadiją, kai kilę dar tik pirmieji įtarimai.

Bendradarbiaudami su viena FTMC Nanoinžinerijos skyriaus naujųjų įmonių „Ferentis“, dr. A. Ulčinas ir dr. Š. Vaitekonis įgyvendina projektą, skirtą atominės jėgos mikroskopo taikymui regeneracinės medicinos srityje. Siekiama tokio tipo mikroskopą panaudoti regeneracinės medicinos medžiagoms įvertinti ir gamybos technologijai tobulinti, imituojant audinio, kurį reikia atkurti, standumą.

„Ląstelėms reikalingas koks nors pagrindas, prie kurio galėtų prisitvirtinti ir kur jos jaustųsi gerai, komfortiškai, galėtų daugintis, formuoti naują audinį ir atkurti organo funkciją, – aiškino dr. A. Ulčinas. – Kūne kamieninės ląstelės turi gebėjimą diferencijuotis į skirtingų tipų audinio ląsteles. Vienas signalų, kuris pasako joms, kokio tipo ląstelėmis turi tapti, yra paviršiaus standumas. Pavyzdžiui, jei pataiko ant kieto pagrindo, susiformuoja kaulinio audinio ląstelės. Jei patenka ten, kur pagrindas minkštas, formuojasi kitų tipų ląstelės.“

Mokslininkai taip pat kuria paviršiaus modifikavimo metodus, kurie leistų galbūt mažesniu tikslumu, bet didesnį paviršiaus plotą apdoroti. Naujieji metodai pirmiausia būtų skirti ląstelėms sudaryti tokį pagrindą, kuris nukreiptų jų raidą ta kryptimi, kurios, tarkim, reikia, kad implantas prigytų ir gerai atliktų savo funkciją.

Pamatyti ir „paliesti“

Kol kas atominės jėgos mikroskopai dar gana brangūs. Tačiau FTMC Nanoinžinerijos skyriaus tyrėjai tikisi, kad jų idėja ir gana paprasti sprendimai leis toliau piginti šiuos prietaisus. Tada atominės jėgos mikroskopą galėtų turėti kiekviena mokykla.

„Mokiniai geriau suprastų, koks sudėtingas yra mūsų pasaulis ir kiek daug jame įvairiausių lygmenų. Dabar per optinį mikroskopą vaikai studijuoja augalų ląsteles, bet kai nusileidžiame į dar mažesnį – nanodalelių – lygmenį, atsiveria visai naujas pasaulis, – pasakojo dr. A. Ulčinas. – Atominės jėgos mikroskopu galima gana lengvai pamatyti atomus. Ir ne tik pamatyti. Jau įmanoma juos tam tikra prasme net pačiupinėti. Pavyzdžiui, naudojant virtualios realybės pirštines mikroskopui valdyti ar elektronikos elementus, turinčius grįžtamąjį ryšį.“

DALINKIS:
0
SPAUSDINTI
MOKSLAS IR IT
Rubrikos: Informacija:
EkonomikaGamta ir augintiniaiGimtasis kraštasĮdomybėsKontaktai
IstorijaJurgos virtuvėKomentaraiKonkursaiReklaminiai priedai
KultūraLietuvaMokslas ir ITPasaulisPrenumerata
SportasŠeima ir sveikataTrasaŽmonėsKarjera
Visos teisės saugomos © 2013-2017 UAB "Lietuvos žinios"