Potrafią chronić przed epidemią, walczyć z rakiem i grypą. Korozja nie ma z nimi szans; dzięki nim obejrzymy film na super ekranie. Do tego są bezpieczne dla środowiska. Możliwości gemini surfaktantów, uniwersalnych związków chemicznych, są prawie nieograniczone. Opowiada o nich prof. Bogumił Brycki

- Kocham chemię. Uważam ją za jedną z najpiękniejszych nauk, ponieważ w dużym stopniu potrafi wyjaśnić naszą egzystencję. Wszystko, co nas otacza, jest chemią; my sami jesteśmy jednym wielkim laboratorium chemicznym, również nasze myśli, emocje. Jak słyszę, że chemia truje i zabija, to się z tym absolutnie nie zgadzam. Bo chemia to jest nasze życie, tylko trzeba umiejętnie się do niej odnosić - mówi prof. Bogumił Brycki, który na co dzień kieruje Pracownią Chemii Mikrobiocytów na Wydziale Chemii UAM.

W pracowni naukowcy badają związki, które kontrolują populację drobnoustrojów i ograniczają ją do poziomu nie stwarzającego zagrożenia. Jednymi z tych związków są gemini surfaktanty. - Do gemini surfaktantów podchodzimy z miłością. To nie jest tak, że napiszemy pracę, zrobimy projekt i kończymy. Dla nas to przygoda - wyjaśnia prof. Brycki, który nie kryje swojego zaangażowania. 

Podwójne tysiąc razy lepsze od pojedynczych

Przygoda ta rozpoczęła się 10 lat temu, kiedy do chemików z UAM skierowano delegację z Uniwersytetu Wuhan w Chinach. Naukowcy z Kraju Środka poszukiwali nowych związków, które spełniałyby wiele funkcji. Dobrze trafili – to, co zaproponowali im chemicy z UAM, było strzałem w dziesiątkę. Okazało się, że gemini surfaktanty, powstające przez połączenie dwóch cząsteczek pojedynczych surfaktantów mają właściwości niemal tysiąc razy lepsze niż wyjściowe związki.

- To jest ich kolosalna przewaga – tłumaczy prof. Brycki. - Wyobraźmy sobie, że używamy roztworu tradycyjnego związku o stężeniu 1 procent. W przypadku gemini surfaktantów wystarczy jedna dziesiąta, setna, a nawet mniej. Związki te przy zachowaniu wszystkich multifunkcyjnych właściwości są też o wiele lepiej biodegradowalne, co minimalizuje toksyczny wpływ na środowisko.

Podwójne surfaktanty mają niezwykle złożone właściwości: detergencyjne, biobójcze, antykorozyjne, dyspergujące. W zależności od potrzeb można wykorzystywać jedną z nich, kilka albo wszystkie. Taka uniwersalność pozwala wyeliminować udział innych związków.

Nanomedycyna i ekrany

Naukowcy z UAM zrealizowali w Chinach wiele innowacyjnych projektów. Okazało się, że podwójne surfaktanty są skutecznymi dyspergatorami (substancjami zwiększającymi łatwość rozdrabniania większych cząstek) w nanomedycynie. W tym roku badacze podjęli się zadania wykorzystania związków do nowych leków przeciwnowotworowych w tzw. terapii fotodynamicznej. Surfaktanty tworzą nanopęcherzyki i w nich dostarczają substancje czynne do organizmu, następnie odpowiedni bodziec uruchamia działanie leku. Jest to tzw. inteligentny środek (smart material), który działa w ściśle określonym miejscu, co pozwala ograniczyć efekty uboczne terapii.

Chińczycy wykorzystują gemini surfaktanty także do produkcji bardzo sprawnych monitorów i ekranów telewizyjnych. W tym przypadku związki dyspergują ciekłe kryształy. - Te projekty bardzo dobrze się spisały. Nasza współpraca ze stroną chińską stoi na wysokim poziomie - podkreśla naukowiec.

Wygrać z grypą

Od kilku lat trwa równie owocna współpraca z Uniwersytetem Amirkabir w Teheranie, który w Rankingu Szanghajskim znacznie wyprzedza UAM. Chemicy razem z partnerami z Teheranu przygotowują na przykład związki do ochrony nasion przed chorobami i szkodnikami. Te związki zastąpią środki chemiczne używane w wysokim stężeniu, nieobojętne dla środowiska. Badania dotyczą również nanotechnologii - dzięki umieszczeniu związków we włóknach uzyskano materiał, który ma doskonałe właściwości filtrujące i przeciwdrobnoustrojowe.

Od zeszłego prof. Brycki razem z irańskimi naukowcami oraz przedstawicielami Instytutu Pasteura, jednej z najlepszych jednostek badawczych na świecie, zaczęli badania w kierunku zwalczania wirusa grypy. Pierwsze próbki trafiły już do Instytutu. - Do struktur wirusa dopasowujemy w modelowaniu molekularnym struktury związków tak, żeby wyłączyć elementy aktywne w wirusie – przybliża zagadnienie prof. Brycki. Badacze mają nadzieję, że w przyszłości będzie można uzyskać zarówno skuteczne leki na grypę, jak i środki biobójcze do stosowania w przestrzeni publicznej.

Najlepsze na korozję

Okazuje się, że gemini surfaktanty doskonale chronią też przed korozją. Skuteczność nanowarstwy, którą pokrywa się metalowe powierzchnie, jest tak wysoka, że żadne inne substancje nie mogą się z nią równać. Co ciekawe, związki można zamknąć w kapsułkach i w ten sposób wprowadzić do materiału, którym pokrywa się wieże wiertnicze czy kadłuby statków. Gdy powierzchnia ulega zarysowaniu i powstaje zalążek korozji, substancja uwalnia się z kapsułki, by go zneutralizować. Badania antykorozyjnych właściwości prowadzono w laboratoriach School of Materials w Manchesterze, jednym z największych w Europie ośrodków zajmujących się materiałoznawstwem, na uniwersytecie w Barcelonie oraz w specjalistycznym laboratorium w Aveiro w Portugalii. 

Natomiast dla Orlen Oil i PKN Orlen poznańscy chemicy opracowali preparaty do kondycjonowania paliw i cieczy chłodzących. Zastępują one wszelkie inne związki, które zapobiegają rozwojowi korozji i biokorozji. - To jest gigantyczny projekt. Stworzyliśmy odpowiednie kompozycje związków. Kolejnym etapem będzie dopasowanie substancji zgodnie ze światową kartą paliw – mówi prof. Brycki.

Czytaj też: Prof. Jaskólski - Wojna z antybiotykoopornością

Inteligentne maski

Na polski rynek zespół prof. Bryckiego wynalazł inteligentne maski chroniące przed biologicznymi zagrożeniami. Maska aktywuje się w określonym czasie i miejscu, wraz z pierwszym oddechem pracownika, który ją zakłada, w tym przypadku biobójcze właściwości uruchamia wilgoć. Maska chroni zarówno ludzi, jak również produkty spożywcze. Za to opatentowane rozwiązanie, które będzie chronić pracowników w fermach hodowlanych, chemicy dostali nagrodę przyznaną przez Ministerstwo Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej. Osoby na fermach są szczególnie narażone na zakażenia, ponieważ na co dzień stykają się z bardzo dużą ilością drobnoustrojów. - Maski planujemy przenieść na rynek chiński, gdzie zagrożenia biologiczne są częstsze niż u nas, jak pokazuje epidemia koronawirusa, a wcześniej SARS – dodaje prof. Brycki.

Papier zero waste

Opracowanie papierów higienizacyjnych, w których nie będzie środków syntetycznych, to kolejny duży projekt (dofinansowany z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju), którym kieruje prof. Brycki. Realizuje go jedna z dużych polskich firm. Nie wszyscy wiedzą, że ręczniki papierowe, jakich używamy w kuchni czy łazience, nie nadają się do recyklingu. A to dlatego, że papier jest nasączany żywicami, żeby się nie rozpadał. W rezultacie powstają tony śmieci, które zalegają na wysypiskach. Naukowcy poddają resztki papieru i rolki hydrolizie enzymatycznej, by odzyskać z nich nano- i mikrowłókna celulozowe, które następnie są modyfikowane przez substancje zawierające gemini surfaktanty. Te ostatnie służą do dyspergowania innych substancji czynnych i zapobiegają rozwijaniu się flory bakteryjnej na papierze. Poddany tym zabiegom ręcznik jest trwały, choć nie zawiera żywic i może być poddany recyklingowi. - To przykład bezodpadowej produkcji (zero waste) wykorzystującej wszystko, co się da – wyjaśnia prof. Brycki. - W ten sposób oszczędza się m.in. wodę i energię. Gdybyśmy we wszystkich firmach zamknęli cykl produkcyjny, to byłyby one bardziej przyjazne środowisku. Gemini surfaktanty wykorzystuje się też do tworzenia bezpiecznych opakowań np. na jajka i inne produkty spożywcze. Takie opakowania długo pozostają czyste i pod względem biologicznym są barierą, która nie dopuści mikroorganizmów do bliskiego kontaktu z jedzeniem. 

To tylko część możliwości niezwykłych gemini surfaktantów, które w przyszłości znajdą zastosowanie w wielu gałęziach gospodarki. - Cieszą mnie przede wszystkim te projekty, z którymi zewnętrzne jednostki same się do nas zwracają. Pod wpływem impulsu z ich strony tworzymy nowe związki, robimy badania, które są bardzo perspektywiczne. Pomyśleć, że wszystko zaczęło się od jednej kolby - podsumowuje prof. Brycki.