- W dzisiejszych czasach jeśli nie jesteś pierwszy to jesteś ostatni. Bierzemy udział w tym wyścigu i bardzo chcemy wygrać – mówi dr Bartłomiej Graczykowski z Centrum NanoBioMedycznego, który ma stworzyć młody zespół badawczy na Wydziale Fizyki  i poprowadzić go w temacie nanomechanicznych hybrydowych membran fotomechanicznych. Rozmawia z nim Krzysztof Smura

Kolejny projekt badawczy w toku. Wygrany grant First Team, stypendysta Humboldta, stypendium ministerstwa. I to wszystko naraz. Można tak działać?
- Dodałbym do tego jeszcze świetnie rozumiejące się małżeństwo i dwie córki. Widać, że chyba można. Z pewnością byłoby trudniej, gdyby nie wsparcie żony i całej rodziny.

Jest Pan w trakcie tworzenia zespołu. Rekrutacja w toku?

Tak i nie powiem żeby dobrze szło. Tego się nie spodziewałem. Czynnik ludzki jest najtrudniejszym zadaniem jakie mamy do zrealizowania. W Polsce nie ma rynku pracy fizyków. Nie ma studentów. Ludzie są odstraszani od fizyki i to skutecznie. To nie jest nic trudnego. Nigdy nie uważałem siebie za geniusza. Uważałem, że potrzeba jednak dużo pracowitości i odrobiny szczęścia, aby osiągnąć zamierzony cel. Młodzież jednak coraz częściej wybiera rozwiązania łatwe, będące w zasięgu ręki. Studia na Wydziale Fizyki dają bardzo dużo, ale trzeba też wymagać od siebie. Pomagam. Moi współpracownicy wyjeżdżają i poznają pracę w laboratoriach europejskich. Dlatego tak ważne jest by po doktoracie wyjechać i poznać jak pracują inni. By aplikować o stypendium Humboldta, które jest dla nas Polaków z dobrym dorobkiem naukowym niemal w zasięgu ręki. Mimo to boją się i nie aplikują. Obecnie oferuję stypendium nieopodatkowane w wysokości 4,5 tysiąca złotych. To stypendium porównywalne z zagranicznymi. Mimo to z Polski zgłosiła się jedna osoba, ale np. 10 z Indii i drugie tyle z Iranu.

Przyznam, że jestem w szoku. A co ze studentami Wydziału Fizyki?

Dziś kierunek kończy zbyt mała liczba osób. Już w moich czasach na 85 osób studiujących fizykę ogólną kończyło 25 z nich. Zapotrzebowanie ogłaszałem wszędzie gdzie się dało. Myślę, że zrobiłem wszystko co mogłem, a efekt jest mizerny. Nadal szukam trzech doktorantów. W pierwszym roku na pewno wymagane będzie przeszkolenie, ale potem będzie już tylko lepiej. Moim zamiarem jest, aby te osoby przynajmniej trzy miesiące w roku spędzały za granicą. W tym przypadku w ośrodkach w Mainz i Barcelonie.

Nanomechaniczne hybrydowe membrany fotomechaniczne. Dla mnie brzmi to groźnie, ale to właśnie ten projekt badawczy zyskał uznanie i do niego konstruuje Pan zespół. Rozumiem, że w dalszej perspektywie badania są ukierunkowane na to by poprawić komfort życia, coś w nim zmienić, dać rozwojowego kopa…

Podobnie jak inne zespoły jesteśmy ukierunkowani na coś. Podstawowym naszym celem jest, aby wyniki naszych badań znalazły zastosowanie w świecie realnym i to w okresie 5-10 lat od ich zakończenia. W moim pierwszym, kończącym się już projekcie była to termoelektryka czyli bezpośrednie przekształcenie ciepła w prąd elektryczny. W przypadku nanomechanicznych hybrydowych membran fotomechanicznych jest to bardziej skomplikowane. Weźmy np. kwestie membran. To układy prawie lub dwuwymiarowe. Mają wielką powierzchnię i bardzo małą grubość liczoną w nanometrach. Najbardziej znanym przykładem jest grafen, który może być jedno lub wielowarstwowy i wszyscy mówią, że to jest supermateriał. Moim zdaniem trochę przereklamowany. Jest wiele publikacji, które mówią że na grafenie można zawiesić słonia bo jest taki wytrzymały mechanicznie. Skoro tak jest, to dlaczego nie możemy zrobić tego grafenu o dużej powierzchni bez substratu? On jest superwytrzymały ale w jednej określonej płaszczyźnie. Wzmocnienie można uzyskać poprzez stworzenie kompozytu grafemu materiałem który go wzmocni, zachowa jego unikalne właściwości i nie zwiększy znacząco masy układu. Dobrym rozwiązaniem są tutaj polimery. W naszym projekcie zajmować się będziemy jednak dwusiarczkiem molibdenu. W jego wzmocnieniu pomogą nam również polimery. Lekkie i elastyczne. Taki jest też zamysł w tym projekcie, aby dodać do niego samoorganizujące się kulki polimerowe, które będą jednocześnie stanowiły kryształ fotoniczny i fononiczny. Moim zdaniem dwusiarczek molibdenu jest znacznie ciekawszy od grafenu.

Czytałem, że to polski rywal grafenu. Z punktu widzenia zastosowań w elektronice, jedno- i kilku-warstwowy dwusiarczek molibdenu ma istotną przewagę nad grafenem: charakteryzuje się obecnością tzw. przerwy energetycznej. Czyli może być coś lepszego od grafenu?

Zdecydowanie. Wspomniany dwusiarczek molibdenu jest półprzewodnikiem, a my poszukujemy rozwiązań do układów elektronicznych. Grafen półprzewodnikiem nie jest.

Z waszego projektu wynika, że chcecie wzmocnić ultracienkie membrany szkieletem polimerowym naśladującym schemat i architekturę stawów kostnych.

Zamysł jest taki. W moim pojęciu układu kostnego służy on nie tylko do tego żeby wzmacniać ale żeby też chronić i być ukierunkowanym na określoną motorykę. Dlatego mamy miękkie połączenia stawowe, a reszta jest twarda. Tak samo w przypadku naszych nano-kulek polimerowych które będą stanowiły podstawowy element szkieletu. Powierzchnia kulek (kilka nm) będzie zmodyfikowana chemicznie lub fizycznie tak by była miękka przy zachowaniu twardego szklistego środka. Dalej wykorzystamy proces samoorganizacji do produkcji jednej warstwy kulek o gęstym upakowaniu. Taki lekki szkielet połączony z membraną wzmocni ją mechanicznie na rozrywanie, a jednocześnie zachowa jej elastyczność na zginanie. To ważne z punktu widzenia tak zwanej elastycznej elektroniki.  Dodatkowo struktura periodyczna szkieletu wprowadza dodatkowe funkcjonalności - fotoniczne i fononiczne – wynikające odpowiednio z falowej natury światła i dźwięku.

A co z zastosowaniem w życiu codziennym? W medycynie?
W tym przypadku jestem bardzo ostrożny, bo wprowadzenie jakiegokolwiek elementu do organizmu człowieka wymaga długiego procesu badawczego i całkowitego wyeliminowania jego toksyczności. Jako fizyk jestem nastawiony na to, by przekształcić określoną energię na inną w możliwie najprostszy i najbardziej efektywny sposób. Przykładem jest tutaj bezpośrednia zamiana światła na ruch, którą możemy wykorzystać w zdalnie sterowanych nano-motorach lub nano-sensorach.  
Jednak naszym podstawowym zdaniem jest stworzenie platformy, która może być wykorzystana w innych zastosowaniach, takich jak np. przetwarzanie sygnałów o częstotliwości kilku-, kilkudziesięciu gigaherców. To jest częstotliwość np. telefonii komórkowej, która dociera do limitu częstotliwości związanego z kosztami miniaturyzacji technologii opartej na akustycznych falach powierzchniowych.  Trzeba   znaleźć coś nowego.

I tu pole do popisu mają membrany?

Tak. Dają one możliwość przetwarzania sygnałów o bardzo wysokich częstotliwościach o minimalnych stratach przy technologii produkcji która jest obecnie standardem przemysłowym. W telefonii komórkowej to przyszłość. Nieodległa.

W projekcie badawczym zakładacie także opracowanie nanomechaniki komponentu ich interfejsu oraz nanokompozytu…

To z kolei jest związane z rzeczą nad którą pracuję w instytucie Maxa Plancka w Mainz gdzie jestem członkiem zespołu badawczego prof. G. Fytasa realizującego projekt ERC Advanced Grant .  Badania te są związane  z inżynierią polimerów w zastosowaniach w fononice i fotonice. Szczególną uwagę poświęcamy zagadnieniom, które dotyczą właściwości powierzchniowych nanomateriałów polimerowych. Wymaga to zastosowania specjalistycznych technik pomiarowych i obliczeniowych, lecz z drugiej strony pokazuje piękno natury które możemy zrozumieć i zastosować.

Nanomechaniczne hybrydowe membrany fotomechaniczne to projekt trzyletni?

Ten czas jest potrzebny do stworzenia zespołu i warsztatu badawczego, a reszta to rozwijanie technologii i znalezienie nowych zastosowań. Jest kilka zadań, kamieni milowych, wobec których trzeba udowodnić, że potrafimy je wykonać. Projekty finansowane przez Fundację są projektami wysokiego ryzyka. Samo pokazanie, że da się to zrobić, że materiał będzie wytrzymały i będzie potrafił efektywnie przekształcić światło na ruch to już jest sukces. Takie wyniki można śmiało opublikować w czasopismach i magazynach naukowych na najwyższym światowym poziomie. To spowoduje otwarcie nowych perspektyw i celów badawczych ukierunkowanych na funkcjonalne nanostruktury.

Czytaj też: Wygramy z rakiem dzięki bakteriom