Jakub Szewczyk pochodzi z polsko-czeskiego Cieszyna, ale studia ukończył na AGH w Krakowie. Daniel Aguilar za to jest Hiszpanem z Saragossy zafascynowanym nanonauką. Tych dwóch doktorantów należy do grupy prof. UAM Emersona Coya z Centrum NanoBioMedycznego. Mimo młodego wieku panowie mają już na swoim koncie pierwsze publikacje w wysokopunktowanych czasopismach, a w perspektywie podwójny doktorat. To będzie opowieść o polidopaminie, dwóch zdolnych studentach i ich promotorze.
– Polidopamina (PDA) powstała z inspiracji organizmami morskimi – tłumaczy Jakub Szewczyk – a konkretnie muszlami morskimi. Dzięki wytwarzaniu naturalnych polimerów mają one zdolność przywierania do praktycznie każdej powierzchni. Naukowcy badali ten fenomen od wielu lat i w ten sposób odkryli ścieżkę syntezy, która w lekko zasadowym środowisku i pod wpływem utleniacza prowadzi do powstania polidopaminy.
Polidopamina ma nie tylko właściwości polimeru wytwarzanego przez muszle morskie, ale również, co zaobserwowali naukowcy, wiele innych: na przykład w roztworze osadza się praktycznie na każdej powierzchni, którą w nim zamoczymy. Na tak zwanym interfejsie, czyli styku między powierzchnią wody a powietrzem, zachodzi reakcja, dzięki której powstaje bardzo ciekawa forma polidopaminy: cienka błonka, która ma pewien nieobserwowany wcześniej stopień dwuwymiarowego uporządkowania strukturalnego. Opisał go wcześniej prof. Emerson Coy, a teraz dalsze badania w kierunku jego zastosowań realizują członkowie jego naukowego teamu.
Jakub Szewczyk trafił do grupy prof. Emersona Coya zaraz po studiach. Jako absolwent Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki szukał stażu zbliżonego do profilu swojego wykształcenia i tak natknął się na ofertę projektu doktorskiego w poznańskim Centrum NanoBioMedycznym. Już po pierwszej rozmowie poczuł, że jest to miejsce dla niego. Zachwyciły go nowoczesne laboratoria, sprzęt badawczy, przyjaźnie nastawiony zespół, ale przede wszystkim osoba przyszłego promotora.
– Przejrzałem naukowe CV prof. Emersona Coya i stwierdziłem, że jeśli ktoś w tak młodym wieku zdążył osiągnąć tak wiele, to na pewno i ja czegoś się tu nauczę – mówi. Nie pomylił się.
Jakub ma na liście swoich naukowych sukcesów stypendium Fundacji UAM i grant Preludium20 (NCN), a niedawno opublikował pracę autorską w 200-punktowym czasopiśmie „ACS Applied Materials and Interfaces”.
Daniel Aguilar pochodzi z Saragossy, gdzie ukończył chemię na tamtejszym uniwersytecie. Już na etapie studiów licencjackich zainteresował się nanonauką i jej postanowił poświęcić dalszą część swojej edukacji. Równie silna była też chęć zmiany. Saragossa jest jego rodzinnym miastem, z którym wcześniej związana była cała jego ścieżka edukacji – postanowił, że czas to zmienić. Do Centrum NanoBioMedycznego trafił, podobnie jak Jakub, odpowiadając na ofertę stażu.
– Zaraz po tym, jak podjąłem decyzję, że chcę dołączyć do grupy prof. Emersona Coya, okazało się, że kilku moich znajomych zna miasto, w którym on pracuje. Wszyscy oni mówili o Poznaniu w samych superlatywach. Dziś i ja się pod tym podpisuję. Poznań to miasto tętniące życiem, z mnóstwem studentów różnych narodowości, bogatą ofertą kulturalną i rozrywkową oraz pięknym zielonym zapleczem. Z dnia na dzień przekonuję się, że podjąłem jedną z najlepszych decyzji w moim życiu – opowiada. Daniel pod opieką prof. Emersona Coya opublikował pracę w renomowanym czasopiśmie „Advanced Functional Materials”, która została nagrodzona jedną z okładek.
– Daniel i Jakub dołączyli do zespołu jako doktoranci, w ramach jednego z moich projektów NCN –OPUS – tłumaczy profesor. – Oboje aplikowali po znalezieniu oferty w internecie. Już po rozmowie kwalifikacyjnej byłem pewien, że mam do czynienia ze wspaniałymi ludźmi, a czas pokazał, że moje przeczucia były słuszne! Czuję, że mam szczęście towarzyszyć im na tym etapie ich kariery naukowej.
Początki były jednak trudne. Doktoranci już na samym początku współpracy musieli stawić czoło kilku wyzwaniom i przejść kilka prób charakteru. Do projektu przystąpili podczas pandemii i w pierwszym roku musieli zmierzyć się z wieloma ograniczeniami w swojej pracy, jak choćby z ograniczonym dostępem do laboratorium. Jak wspomina prof. Emerson Coy, w pewnym momencie bardzo się martwił, czy nadal będą zainteresowani realizowaniem studiów doktorskich w jego grupie. Na szczęście w tamtym trudnym czasie pomocną dłoń wyciągnęli do niego przyjaciele z innych ośrodków naukowych.
Badania
– Nasze badania miały na celu rzucić trochę światła na to, co dzieje się na styku pomiędzy materiałami plazmonicznymi i polidopaminą – tłumaczy Daniel Aguilar. – Wcześniej udowodniono, że PDA jest polimerem biomimetycznym, a także może poprawić właściwości fotokatalityczne różnych półprzewodników, takich jak tlenek tytanu lub tlenek cynku. Nasz pomysł badawczy zakładał połączenie PDA z materiałem plazmonicznym, w tym przypadku złotem. Eksperyment, jaki przeprowadziliśmy, miał sprawdzić, czy reakcja fotokatalityczna i fototermiczna poprawi się po połączeniu złota i PDA, i rzeczywiście tak się stało.
Profesor Emerson Coy i Daniel Aguilar zaprojektowali proces syntezy, w którym udało się uzyskać nanokompozyt złożony z nanoprętów złota pokrytych powłoką z PDA, kontrolując przy tym jej kształt i rozmiar. Następnie skupili się na możliwych oddziaływaniach powłok polidopaminy i złota. Głównym pytaniem było, w jaki sposób polidopamina wzmacnia właściwości fototermiczne nanocząstek złota, w jakim stopniu i w jaki sposób można wykorzystać ten proces. Kilka kolejnych eksperymentów pokazało, że polidopamina może działać jako materiał transportujący elektrony i pochłaniający ciepło. W efekcie nanokompozyt wykazuje lepszą wydajność fotodegradacji substancji organicznych niż „gołe” nanopręty złota. Dzięki temu nowy kompozyt być może znajdzie zastosowanie w takich dziedzinach, jak ochrona środowiska lub fototermiczna terapia raka. Badania te zakończyła publikacja w prestiżowym „Advanced Functional Materials”.
Podobnie publikacja Jakuba Szewczyka, zdaniem prof. Emersona Coya, jest przełomowa pod wieloma względami. Naukowcy pokazali w niej, jak w warunkach in situ obserwować proces wytwarzania błon polidopaminy w skali centymetrowej i grubości nanometrycznej, ale również kontrolować ich oddziaływania międzycząsteczkowe i zwiększyć wytrzymałość mechaniczną. Publikacja w „ACS Applied Materials and Interfaces” opisuje unikalne sposoby dostosowywania właściwości mechanicznych tych polimerów biomimetycznych poprzez kontrolowanie ich szlaku utleniania. Jakub Szewczyk udowodnił w niej, że możliwe jest dopasowywanie ich elastyczności i plastyczności. W ten sposób powstają niezwykle twarde filmy polimerowe o podobnym module sprężystości jak polimery wzmocnione włóknem węglowym. Na tym nie koniec – kolejny artykuł jego autorstwa poświęcony jest temu, jak przeniesienie tych warstw ex situ na powierzchnię półprzewodników poprawia ich wydajność poprzez generowanie funkcjonalnego heterozłącza, co jest kolejną doskonałą pracą wskazującą możliwość praktycznego zastosowania tych układów.
Mówi prof. Emerson Coy:
– Badania pozwoliły nam jeszcze bardziej zagłębić się w strukturę błon polidopaminy na granicy faz powietrze/woda. Jest to temat, który rozpoczęliśmy kilka lat temu z naszym dobrym kolegą, prof. UAM Radosławem Mrówczyńskim z Wydziału Chemii, ale z dumą mogę powiedzieć: Jakub stał się w tym ekspertem. Jego badania pozwoliły nam na dalsze eksperymenty z laminatami hybrydowymi i realizację pomysłów, o których marzyliśmy jakieś 3-4 lata temu, czego dowodem są jego publikacje, nagrody i zakończone sukcesem wnioski o granty.
– Okazuje się – mówi Jakub – że nasza polidopamina dzięki możliwości modyfikowania jej właściwości może znaleźć zastosowanie w różnych dziedzinach życia. Obecnie, w ramach doktoratu, współpracuję z kilkoma grupami badawczymi między innymi z Montpellier, Kilonii i Barcelony. Nasze badania pokazują, że zastosowań tego typu błon może być wiele, od nowego rodzaju ogniw fotowoltaicznych lub fotokondensatorów po materiały do wydajniejszej fotokatalizy.
Podwójny doktorat
Pomysł na podwójny, polsko-francuski doktorat przyszedł w okresie pandemii. Jak wspomina Jakub Szewczyk, w momencie, gdy utrudniony był dostęp do laboratorium, doktoranci szukali możliwości, aby ten czas optymalnie wykorzystać. Jedną z opcji był francuski program rządowy Coututelle. Obaj zaaplikowali o stypendium i tak trafili pod skrzydła prof. Mikhaela Bechelany'ego z Uniwersytetu w Montpellier, z którym prof. Emerson Coy współpracował już wcześniej. Dlatego obaj doktoranci swoje prace realizują równocześnie na dwóch uczelniach: na UAM i na Uniwersytecie w Montpellier.
Daniel:
– We Francji przebywam cztery miesiące w roku. Dzielę życie pomiędzy dwa kraje, które nie są moje, daleko od bliskich, prowadząc badania w dwóch wymagających zespołach. Czasem jest mi ciężko, częściej jednak myślę, że jestem spełniony i szczęśliwy, mogąc pracować w tak niesamowitych zespołach i pod opieką takich osób, jak prof. Emerson Coy.
Jakub Szewczyk kontynuuje studia na Uniwersytecie w Montpelier, właśnie wrócił ze stażu na Uniwersytecie Christiana Albrechta w Kilonii, docelowo jednak chciałby pracować w Poznaniu. Powodów ku temu jest kilka. Jak mówi, jest wyznawcą wciąż mało popularnej opinii mówiącej, że Poznań jest miastem znacznie bardziej przyjaznym studiowaniu niż Kraków. Praca w Centrum NanoBioMedycznym jest dla niego w tym momencie spełnieniem jego naukowych aspiracji.
– Profesor Emerson Coy jest osobowością, która przyciąga młodych ludzi – mówi. – Nie tylko z powodu swojego wciąż młodego wieku, ale przede wszystkim dzięki stylowi prowadzenia grupy. Jest typem szefa przyjaciela, który zawsze znajdzie chwilę na rozmowę, który uważnie i cierpliwie towarzyszy w trakcie naukowych poszukiwań, ale w sytuacji impasu potrafi pchnąć badania w odpowiednim kierunku i spowodować przełom.
Magda Ziółek
