Wyobraźcie sobie taki scenariusz: wchodzicie do sklepu, wybieracie piękne jabłka albo pomarańcze, wyciągacie z kieszeni nieduży czujnik, przykładacie go do owoców i już wiecie, czy producent nielegalnie nie spryskał ich substancją szkodliwą dla waszego zdrowia. Albo w klubie spokojnie zostawiacie drinka na stoliku, kiedy idziecie tańczyć, bo po powrocie możecie sprawdzić podręcznym czujnikiem, czy nikt wam nie dorzucił czegoś do szklanki. Nad tego typu urządzeniami pracują naukowcy na Wydziale Chemii Uniwersytetu Łódzkiego. W tym odcinku rozmawiam z prof. Łukaszem Półtorakiem, który zdobył grant z Narodowego Centrum Nauki na pracę nad czujnikami elektrochemicznymi.

– Ja o elektrochemii lubię myśleć jako o takim tłumaczu – wyjaśnia na początek. Elementy elektrochemiczne przekładają dane elektryczne na chemiczne i odwrotnie. Na tego typu reakcjach opiera się wiele przedmiotów, z których korzystamy na co dzień: katalizatory, baterie np. w naszych smartfonach czy czujniki do oznaczania poziomu glukozy we krwi.

W ramach grantu prof. Półtorak pracuje nad urządzeniem do wykrywania nielegalnych substancji psychoaktywnych. Aktualnie do tego celu wykorzystywane są dwie technologie. Pierwsza to czujniki kolorymetryczne, które zmieniają kolor pod wpływem badanej substancji. Są tanie, ale też obarczone sporym marginesem błędu. Kolor potrafi się zmienić, poza tym część osób ma kłopot z precyzyjnym rozróżnianiem odcieni. Drugi wariant to wysłanie próbki do laboratorium toksykologicznego. Są one wyposażone w świetną aparaturę (chromatografy, spektroskopy masowe), ale korzystanie z nich jest bardzo kosztowne. Aparatura jest droga i musi obsługiwać ją świetnie wyszkolony specjalista.

Prototyp prof. Półtoraka jest bardzo prosty i może z niego korzystać laik. Składa się z czujnika podobnego do tych stosowanych w glukometrach, aplikacji na smartfona oraz potencjostatu. Działa na zasadzie układu faz niemieszalnych ciecz-ciecz. – Różne molekuły czują się dobrze w różnych ośrodkach – wyjaśnia chemik. Przez badaną próbkę przepuszcza się impuls elektryczny, który zmusza poszczególne związki chemiczne do przejścia do fazy, która nie jest dla nich naturalna. Im większy stawiają opór, tym więcej energii trzeba w to włożyć. Potencjostat przykłada różnicę potencjału (czyli puszcza impuls) oraz sczytuje wynik, a aplikacja podaje interpretację. Metoda jest bardzo czuła i bezbłędna. Badanej nią próbki nie trzeba byłoby wozić do laboratorium, a więc np. policjant mógłby od razu podczas interwencji sprawdzić, czy ma do czynienia z nielegalną substancją i konieczne są dalsze kroki.

W odcinku usłyszycie też, dlaczego wdrożenie jakiegoś rozwiązania jest trudniejsze niż jego wymyślenie, dlaczego naukowcy powinni być mobilni i jak zazębiają się nauki ścisłe.

Odcinek powstał w czasie XIII podróży Radia Naukowego do Łodzi.

 

TRANSKRYPCJA

Karolina Głowacka: Radio Naukowe w podróży. Jestem u pana profesora Łukasza Półtoraka. Dzień dobry.

 

Łukasz Półtorak: Dzień dobry.

 

K.G.: Szefa zespołu badawczego Electrochemistry Soft Interfaces, kierownika Pracowni Druku 3D, Wydział Chemii Uniwersytetu Łódzkiego. Dodałby pan coś jeszcze do tej wizytówki?

 

Ł.P.: Tak. Nie lubię określenia „szef”, wolę „lider”.

 

K.G.: Okej, lider. A czym to się różni?

 

Ł.P.: Szef bardziej przypomina osobę, która lubi wydawać rozkazy. Ja raczej jestem osobą, która lubi patrzeć, jak młodzi ludzie rozwijają się pod moimi skrzydłami.

 

K.G.: To ciekawe, bo pracował pan też za granicą i od razu się zastanawiam, czy to jest polskie myślenie, czy przywiózł je pan z zagranicy.

 

Ł.P.: To jest dość trudne pytanie. Lubię myśleć o sobie jako o osobie, która jest połączeniem zachowania wszystkich moich wcześniejszych liderów i odrobiny mojego charakteru.

 

K.G.: Czyli mentoring w nauce ma znaczenie. 

 

Ł.P.: Olbrzymie.

 

K.G.: To wypytam pana też o to. Przyznaję, że chemia nie gości na antenie Radia Naukowego zbyt często, mamy sporo do nadrobienia. Dlatego na początek będę prosiła o pewne podstawy. Elektrochemia – nazwa nas nie myli, bo jest to nauka na granicy elektryczności i reakcji chemicznych. Tak?

 

Ł.P.: Tak, to jest bardzo dobra definicja. Trochę ją rozwinę, postaram się mówić w bardzo popularnonaukowy sposób. Jeżeli zacznę używać zbyt wielu zwrotów, których znaczenie jest zbyt skomplikowane, proszę dać mi znać. Lubię myśleć o elektrochemii jako o takim tłumaczu, który tłumaczy z języka chemicznego na elektryczny albo odwrotnie. Proszę sobie wyobrazić, że układy, z którymi pracujemy, są w pewien sposób zaburzane. Wykorzystujemy ten człon „elektro”, żeby zaburzyć taki układ – czyli np. przykładamy do niego różnicę potencjałów. W gniazdku wynosi ona dwieście trzydzieści wolt. My stosujemy dużo niższe wartości w naszych laboratoriach. Jak przyłożymy tę różnicę potencjału, to układ odpowiada. Nikt nie lubi, jak przykłada się do niego potencjał elektryczny. 

 

K.G.: Rozumiem, że to jest kopanie prądem?

 

Ł.P.: Układ odpowiada wtedy w sposób prądowy. Jak przyłożymy tę różnicę potencjałów, prąd przepływa przez nasz układ, a my to mierzymy. Te zależności prądowo-potencjałowe informują nas o całej masie różnych procesów, zjawisk, które zachodzą w systemach, które badamy.

 

K.G.: Mam wrażenie, że jest taki ogrom zastosowania efektów pracy elektrochemików, że to jest dla nas aż trochę niewidoczne. Bo to jest wszędzie – np. baterie.

 

Ł.P.: Dokładnie. Wszyscy nosimy w kieszeniach smartfony. W każdym smartfonie znajdziemy baterię, ogniwo. Z reguły są to baterie litowo-jonowe, które pozwalają nam korzystać z tego dobrodziejstwa, jakim są smartfony. Inny przykład to czujniki do oznaczania glukozy. Osoby, które chorują na cukrzycę, są zmuszone do tego, żeby na bieżąco monitorować poziom swojego cukru we krwi, i myślę, że mało kto zdaje sobie sprawę z tego, że czujniki, których używają, czyli te paski, które wkłada się do glukometrów, to też jest elektrochemia. Poza tym urządzenia fotowoltaiczne to też są procesy elektrochemiczne. Magazynowanie energii. Nie tylko tego rodzaju baterie, które są używane w naszych smartfonach, ale także np. baterie przepływowe, które są bardzo ciekawym rozwiązaniem. Elektroliza, czyli wydzielanie związków chemicznych na drodze przykładanego prądu. Reakcje, które właściwie będą kształtować przyszłość ludzkości, czyli wydzielanie wodoru, tlenu to też jest w stu procentach elektrochemia. Katalizatory, które obniżają energię aktywacji danej reakcji, które są wytwarzane z pomocą metod elektrochemicznych. 

 

K.G.: Zechciałby pan wybrać jakąś reakcję elektrochemiczną i opisać nam, co się dzieje między tymi elektronami, cząsteczkami?

 

Ł.P.: To może zaczniemy od tego, jak definiujemy prąd elektryczny. Jest to przepływ ładunków. Musimy też do tego dodać jony – są to cząsteczki obdarzone ładunkiem dodatnim lub ujemnym. I przepływ tych elektronów, np. w kablu wykonanym z miedzi, albo jonów w roztworze wody to nic innego jak prąd elektryczny. Jeśli chodzi o reakcje, to jest ich bardzo wiele – wybiorę np. osadzanie miedzi. Miedź ma bardzo dużo soli. Wybierzmy jedną, która jest rozpuszczalna w wodzie. Chodzi o to, żeby tę miedź zdysocjować na jony – kation Cu2+ i anion, który jest przypisany do danej soli. Następnie jak umieścimy dwie elektrody w roztworze, w którym mamy te kationy Cu2+, i przyłożymy do nich odpowiedni potencjał, to możemy zredukować miedź na jednej z tych elektrod, która będzie katodą. Czyli wepchniemy do tej cząsteczki miedzi dwa elektrony w taki sposób, żeby ona się osadziła w postaci stałej na powierzchni elektrody. Czyli właściwie mówimy tutaj o takiej reakcji elektrolitycznej. Tak samo przenoszenie ładunku jonów z punktu A w roztworze do punktu B w roztworze to też może być proces, który będzie kontrolowany metodami elektrochemicznymi. 

 

K.G.: Razem z zespołem skupia się pan szczególnie na czujnikach elektrochemicznych i przyznaję, że to mnie do pana przyciągnęło, czyli informacja o kilkuletnim grancie z NCN-u na stworzenie small drug sensors, czyli takich niewielkich, jeśli chodzi o wymiary, czujników, które mogą wykrywać obecność substancji w różnych białych proszkach. Udało się zrobić takie urządzenie, prawda?

 

Ł.P.: Tak. Mamy urządzenie, którym jesteśmy w stanie wykrywać substancje psychotropowe. Nie zawsze są to białe proszki, czasami wygląda to bardziej jak błotko pobrane z brzegu rzeki. I tak, udało się opracować tego typu urządzenie.

 

K.G.: Jaki jest na to pomysł?

 

Ł.P.: Właściwie można mówić o genezie pomysłu. Wszystko zaczęło się w dwa tysiące dwunastym roku, gdy zaczynałem doktorat we Francji na Uniwersytecie Lotaryńskim. Zajmowałem się tam osadzaniem krzemionki na granicach fazowych typu ciecz-ciecz metodami elektrochemicznymi. Krzemionka to nic innego jak piasek, a ja starałem się ją osadzić na takiej granicy faz woda-olej. Jak zmieszamy wodę z olejem, to tworzy się bardzo wyraźna granica fazowa, te dwie fazy się bardzo nie lubią i wytwarza się granica. Poprzez odpowiednie dobranie składu fazy wodnej i oleistej byłem w stanie wytwarzać tę krzemionkę, „piasek” na granicy fazowej. Kontrolowaliśmy wielkość otworów w tej krzemionce, dzięki czemu wytwarzaliśmy takie membrany, przez które przechodziły różnego rodzaju związki. I w zależności od tego, czy były naładowane dodatnio, czy ujemnie, mogliśmy te przejścia kontrolować. Takie sito molekularne. To było moje pierwsze doświadczenie. Możemy do tego myślenia innowacyjnego wrzucić doświadczenia z okresu, kiedy byłem doktorantem we Francji. 

Rok dwa tysiące piętnasty, koniec doktoratu, wyjazd do Holandii na Delft University of Technology. Miałem tam okazję pracować z ogromem świetnych naukowców, w tym z doktorem Marcelem de Puitem z Netherlands Forensic Institute. To jest instytut naukowy w Hadze, który zajmuje się chemią kryminalistyczną. Padł tam pomysł, żeby spróbować opracować pierwszy czujnik do oznaczania kokainy. Wykorzystaliśmy układ tych faz, które się ze sobą nie mieszają, woda-olej, nad którymi pracowałem we Francji. Byliśmy bardzo zaskoczeni, ponieważ jak nigdy wszystko pięknie działało. Zbadaliśmy całą masę związków, które są dodawane do tych białych proszków, w których możemy znaleźć kokainę, i okazało się, że jesteśmy w stanie dokładnie określić sygnał, który pochodzi od kokainy w obecności innych sygnałów, które pochodzą od tych dodatków, które zanieczyszczają tę próbkę z analitycznego punktu widzenia. Dzięki temu mogliśmy powiedzieć, że nasz czujnik jest selektywny. Jest to układ prosty, którego nie musieliśmy modyfikować, który nie bazuje na bardzo wyrafinowanych architekturach molekularnych, które są np. wykorzystywane w czujnikach do oznaczania glukozy we krwi. To była pierwsza praca, którą opublikowaliśmy w tamtym czasie, która stała się takimi badaniami wstępnymi, preludium do dalszej części prowadzonych badań.

 

K.G.: Powiedział pan, że wszystko się udawało „jak nigdy”. Trochę tak chyba jest w nauce – że jest pomysł, a potem ciągle coś nie działa.

 

Ł.P.: Niestety. Nie jesteśmy w stanie wszystkiego przewidzieć. Nauki ścisłe są bardzo nieprzewidywalne i kapryśne.

 

K.G.: I frustrujące czasami?

 

Ł.P.: Nie do końca. Myślę, że to jest akurat fajne, że nam cały czas nie wychodzi, bo gdyby cały czas wszystko wychodziło, to jako naukowcy nie mielibyśmy co robić. A tak mamy problemy, które możemy rozwiązywać.

 

K.G.: To był kolejny krok. I co było dalej?

 

Ł.P.: Potem przyjazd do Polski, praca na Wydziale Chemii Uniwersytetu Łódzkiego, napisanie projektu do Narodowego Centrum Nauki, w którym chcieliśmy opracować czujniki, które zostaną zminiaturyzowane. Układ, z którym pracowałem w Holandii, miał średnicę kilku centymetrów. To jest coś dużego – tam była cała masa kabli, dużo elektrod. Gdyby zobaczył to taki zwykły policjant, to by powiedział, że on na pewno nie chce oznaczać z pomocą tego czujnika związków psychotropowych w trakcie swojej pracy. Zamysł był taki, żeby stworzyć coś, co będzie dużo prostsze w użytkowaniu i co będzie konsumowało dużo mniej odczynników chemicznych, które niewątpliwie do najtańszych nie należą. Czyli podsumowując, miniaturyzacja.

 

K.G.: To może powiedzmy, jaką lukę na rynku chciał pan zasypać tym pomysłem, czyli jakie są teraz popularne możliwości wykrywania takich środków chemicznych. 

 

Ł.P.: Jeżeli chodzi o oznaczanie przypuszczalne, czyli to, co wykorzystuje w swojej pracy policja i straż graniczna, z reguły są to sensory, czujniki i kolory metryczne. Czyli analizując zmianę koloru takiego czujnika, jesteśmy w stanie stwierdzić, czy dana substancja w badanej próbce jest, czy też jej nie ma. Tylko jest tutaj bardzo dużo problemów. Nie lubię interpretować kolorów. Jestem facetem, znam dwa typy kolorów – pierwszy to ładne, a drugi brzydkie. [śmiech] Jeżeli będę stał przed kolorem fioletowym, to powiem, że to jest fioletowy, a moja żona pewnie znajdzie tam jakieś odcienie lawendy i innych kaszmirów. Tu jest pierwszy problem – mamy problemy z interpretacją kolorów. To jest bardzo istotny aspekt, bo istnieje taki test do oznaczania kokainy. Na instrukcji widzimy, że jeśli pomieszamy odczynniki, które są w tym teście, z podejrzanym proszkiem, w którym prawdopodobnie jest kokaina, w przypadku gdy taki test zmieni kolor na niebieski, to znaczy, że ta kokaina tam jest. I tu pojawia się olbrzymi problem, bo jeżeli ten test zmienił kolor na niebieski, ale po chwili zrobił się zielony, albo jeśli ten niebieski nie do końca wygląda jak niebieski, jeśli wpada w odcienie zieleni, to proszę sobie wyobrazić takiego biednego policjanta, który musi to zinterpretować. Chociaż obecnie wykorzystuje się inne rozwiązania, to ten test wciąż jeszcze jest używany.

 

K.G.: I to jest metoda, która jest teraz używana np. na przejściach granicznych? Gdzie to się dzieje?

 

Ł.P.: Takie testy są dostępne komercyjnie. Powiem szczerze, że nie wiem, czy są one używane w Polsce, ale na pewno istnieją kraje, gdzie cały czas wykorzystuje się tego typu rozwiązania. 

 

K.G.: No to faktycznie, jest dość duże pole niepewności. 

 

Ł.P.: Bardzo duże. Ale to jest jedna strona medalu. Po drugiej stronie mamy laboratoria toksykologiczne, kryminalistyczne, które są wyposażone w rewelacyjną aparaturę. Są to z reguły chromatografy, spektroskopy masowe, te aparaty kosztują naprawdę dużo. Do tego dochodzi jeszcze odpowiedni trening, osoba z ulicy nie może przyjść i zacząć używać takiej aparatury.

 

K.G.: A policjant po krótkim tygodniowym szkoleniu?

 

Ł.P.: Nie. Potrzebujemy osoby, która jest po odpowiednich pięcioletnich studiach – chemii lub naukach pokrewnych, ścisłych, tam, gdzie wykorzystuje się takie urządzenia. Te maszyny są bardzo dokładne, bardzo selektywne, czasami nawet specyficzne. Mamy takie dwa pojęcia, które określają, jak dokładnie możemy wykryć dany związek – albo selektywność, albo specyficzność. Jeżeli metoda jest selektywna, to znaczy, że jesteśmy w stanie oznaczyć dany związek stosunkowo dużą dozą pewności. Jeżeli metoda jest specyficzna, to jesteśmy w stanie oznaczyć dany związek nawet w obecności dużej liczby substancji interferujących. Takim układem biologicznym, który jest z reguły bardzo specyficzny, są enzymy, które są w stanie katalizować ściśle określoną konkretną reakcję. Tę jedną jedyną, a nie inne. 

 

K.G.: Czyli mamy albo względnie dostępną metodę, ale bardzo obciążoną znaczącym marginesem błędu….

 

Ł.P.: I która jest też bardzo tania – to jest jej największa zaleta.

 

K.G.: Albo drugą, która jest droga, ale dokładna i mniej dostępna.

 

Ł.P.: Dokładnie. Czyli właściwie mamy takie dwa ekstrema i przepaść między nimi. W naszych laboratoriach, w moim zespole staramy się wypełnić tę przepaść, tę niszę. Jesteśmy przekonani, że czujniki elektrochemiczne sprostają temu zadaniu.

 

K.G.: To proszę opowiedzieć, jak to urządzenie funkcjonuje.

 

Ł.P.: Nasz mechanizm wykrywania jest też dość specyficzny. Nie zmieniamy charakteru naszych związków. Przenosimy je z jednej fazy do drugiej – z wodnej do organicznej. Pracujemy cały czas w układzie, który tworzy granicę fazową dwóch niemieszających się ze sobą elektrolitów. Elektrolity to są z reguły sole, które dysocjują na jony, dzięki czemu nasz układ przewodzi prąd elektryczny. Proszę sobie wyobrazić, że różne molekuły czują się dobrze w różnych ośrodkach, różnych fazach. Są molekuły, które wolą być rozpuszczone w fazie wodnej, czyli w wodzie, a są molekuły, które wolą być rozpuszczone w fazie oleistej. Nazywamy to hydrofilowością, hydrofobowością, czyli jak coś lubi wodę albo jak coś jej nie lubi. Jeśli w naszych ulicznych proszkach znajdziemy taką mieszankę, w której jest np. kokaina, która jest związkiem dość hydrofobowym, i do tego domieszki, czyli np. kofeina, paracetamol lub inne farmaceutyki, które też często tam znajdujemy, to one mają różne właściwości hydrofobowe, hydrofilowe. Jesteśmy w stanie odróżnić te sygnały, przykładając tę różnicę potencjałów i zmuszając te molekuły do tego, żeby przeszły do fazy, w której nie chcą być albo w której chcą być. Im bardziej molekuła nie chce być w drugiej fazie, tym więcej energii, większą różnicę potencjału musimy przyłożyć, żeby ją przymusić do przejścia przez granicę fazową. Przejście molekuły, która występuje w postaci jonowej, to nic innego jak prąd. Czyli jesteśmy w stanie przykładać potencjał, sczytywać prąd. I na podstawie analizy tych zależności prądowo-potencjałowych możemy powiedzieć, którą molekułę mamy w naszej próbce. 

 

K.G.: I np. jak duże jest jej stężenie?

 

Ł.P.: Tak. Intensywność prądu, która jest rejestrowana z pomocą naszego urządzenia, jest wprost proporcjonalna do stężenia. 

 

K.G.: Jaki jest margines błędu waszej metody?

 

Ł.P.: To jest bardzo dobre pytanie. Może zaczniemy od tego, jaki jest zakres stężeń naszych związków, które jesteśmy w stanie oznaczać. Zweryfikowaliśmy to w laboratorium, tworząc sobie różnego rodzaju formulacje i bez problemu jesteśmy w stanie oznaczyć związek psychotropowy w takim proszku, nawet w przypadku gdy jego stężenie wynosi jeden procent, czyli gdy prawie go tam nie ma. Nasza metoda jest na tyle czuła, że jesteśmy w stanie oznaczać bardzo małe ilości tych związków w próbkach ulicznych.

 

K.G.: Ale to jest tak, że musicie skalibrować wasze urządzenie i np. szukać konkretnie albo kokainy, albo amfetaminy w danym proszku czy jesteście w stanie dzięki temu czujnikowi ocenić dokładnie, jaki jest skład chemiczny? Że mamy taki procent tego, taki procent tamtego. Jak to jest?

 

Ł.P.: Aż tak dobrze to nie działa. Nasze urządzenie też ma swoje ograniczenia. Gdybyśmy mieli próbkę, w której znaleźlibyśmy wszystkie dostępne substancje psychotropowe, które znajdują się w rozporządzeniu ministra, które reguluje to, które są dostępne, a które nie, to na pewno byśmy nie podołali. Nie jesteśmy w stanie konkurować z tymi instrumentami, które znajdziemy w laboratoriach toksykologicznych lub kryminalistycznych. To, co daje nasze urządzenie, to odpowiedź binarna, zerojedynkowa. Jesteśmy w stanie powiedzieć, że dany związek występuje w naszej próbce w obecności innych substancji interferujących. To jest coś, co odróżnia nasze urządzenie od sensorów kolorymetrycznych. Nie musimy sami analizować wyniku. Otrzymujemy odpowiedź, która mówi o tym, czy ten związek psychotropowy tam jest, czy go nie ma. Ale tylko i wyłącznie wtedy, gdy skład tej próbki jest stosunkowo prosty, co z reguły jest normą w przypadku formulacji tych związków narkotycznych.

 

K.G.: A skąd pan bierze te narkotyki do badania?

 

Ł.P.: To nie jest proste. 

 

K.G.: Pewnie większość z nas oglądała serial, w którym chemik zostaje wytwórcą narkotyków. Więc się zastanawiam, czy może pan iść do laboratorium i to sobie ugotować.

 

Ł.P.: Nie syntezujemy sami związków psychotropowych.

 

K.G.: Ale mógłby pan? Nie pytam legalistycznie, tylko po prostu, czy by pan umiał.

 

Ł.P.: To nie jest bardzo skomplikowane, aczkolwiek takich rzeczy na Wydziale Chemii nie robimy i nasi studenci nie wykonują takich syntez w laboratoriach. Mamy pozwolenia, które są wydawane przez odpowiednie jednostki, a następnie możemy kupić takie substancje psychotropowe u dostawców. To są z reguły wzorce o bardzo dużej czystości. I chciałbym zaznaczyć, że ilości, które zużywamy, to są z reguły miligramy. Czyli jakbyśmy sobie wysypali troszeczkę cukru na stół, bardzo małą łyżeczką moglibyśmy odseparować dwa kryształki cukru i te dwa kryształki to cała ilość związku, która jest nam potrzebna, żeby opracować metodę oznaczania związków psychotropowych.

 

K.G.: Nie chodzi mi oczywiście o żadną niezdrową fascynację, bo narkotyki to jest zupełnie fatalna sprawa. Ciekawiło mnie czysto technicznie, skąd się to bierze. I jak pan mówi, że tego jest tak niewiele, to też wydaje się, że trudno badać aż tak małe ilości. A tymczasem dla chemików to nie jest problem?

 

Ł.P.: Nie jest to problem dla nas i dla metody, którą opracowaliśmy. Nasza metoda jest na tyle czuła, że wystarczy bardzo mała ilość tego związku, żeby zbadać właściwości fizykochemiczne, elektrochemiczne, które doprowadzą nas do finalnego protokołu. 

 

K.G.: A jak wygląda wasze urządzenie? Można je trzymać w kieszeni?

 

Ł.P.: Obecnie mówimy o prototypie. Składa się on z trzech części. Jest to potencjostat, czyli urządzenie, które pozwala na przykładanie tej różnicy potencjału i sczytywanie tego prądu. Do tego mamy czujnik – chciałbym, żeby wyobrazili sobie państwo przez analogię te paski, które są wykorzystywane do oznaczania glukozy we krwi. I smartfon. I tyle. Na smartfonie mamy odpowiednią aplikację, za pomocą której wpisujemy parametry, które chcemy, żeby ten nasz potencjostat przyłożył do paska, a następnie sczytujemy odpowiedź naszego układu. No i na podstawie tego zaburzenia odpowiedzi jesteśmy w stanie powiedzieć, jaki związek psychotropowy znajduje się w badanej próbce.

 

K.G.: Jaka jest wizja pana i pana zespołu? Że tego typu urządzenie mogłoby trafiać np. gdzie?

 

Ł.P.: W miarę potrzeb. Kto potrzebuje, może używać. Myślę, że przede wszystkim służby mundurowe, czyli bardziej taka analiza przypuszczalna tu i teraz. Idę ulicą, widzę podejrzaną próbkę, jestem w stanie to przebadać, nie muszę tego wieźć do laboratorium kryminalistycznego. 

 

K.G.: Albo muszę, jeśli chcę udowodnić.

 

Ł.P.: Tak, może źle się wyraziłem. Na podstawie wiedzy, którą będę miał, w momencie przeprowadzania analizy mogę podjąć jakieś kolejne działania. Ale żeby uzyskać wynik, który jest dokładny, rzetelny, o dowodowej wartości, taka próbka musi zostać przebadana przez wyspecjalizowany personel pracujący w laboratoriach kryminalistycznych. Kontrola rodzicielska, kontrola jakości. Jeżeli ktoś chciałby zbadać, czy podejrzane specyfiki, które przyjmuje – czego nie polecam –  jest rzeczywiście tym, co chce przyjąć, nasze urządzenie jak najbardziej się do tego sprawdzi. 

 

K.G.: Największy potencjał jest chyba widoczny, jeśli chodzi o służby mundurowe. Absolutnie nie pytam o szczegóły, bo to pewnie są różnego rodzaju kwestie negocjacyjne, ale jestem ciekawa. Skoro już macie urządzenie, które jest w fazie prototypowej, ale działa, mówił pan, że i jest wygodne, i działa, i można go używać bez żadnego wykształcenia chemicznego…

 

Ł.P.: To znaczy, obecnie potrzebujemy jeszcze pewnego zaplecza doświadczeń. To są kolejne kierunki rozwoju. Staramy się tak przygotować aplikację, która służy do tego, żeby analizować te wykresy, żeby nie trzeba było mieć wykształcenia kierunkowego, które pozwoli na analizę naszych zależności prądowo-potencjałowych.

 

K.G.: Bo to musi być prosta rzecz w telefonie – albo jest, albo nie ma.

 

Ł.P.: Dokładnie. Zerojedynkowy, binarny wynik. Jest to właśnie kierunek naszych dalszych prac.

 

K.G.: Ale myślicie o komercjalizacji.

 

Ł.P.: Tak, jak najbardziej. Jest taka skala rozwoju TRL. Obecnie wraz z Centrum Transferu Technologii określiliśmy, że jesteśmy na poziomie piątym, szóstym w dziesięciostopniowej skali. Stopień pierwszy to jest „mam pomysł”, a stopień dziesiąty to już jest gotowy, wdrożony produkt. Czyli jesteśmy w połowie.

 

K.G.: To jeszcze trochę pracy przed państwem. Ale to dobrze, bo sam pan mówił, że wyzwania są powodem tego, że się dalej pracuje. Cały czas myślę o tym z tej perspektywy upowszechniania pewnych możliwości. Wydaje mi się, że taka jest pana główna idea, prawda? Żeby te możliwości były bardziej powszechne.

 

Ł.P.: Tak. Jeśli popatrzymy na literaturę naukową, to liczba czujników elektrochemicznych, które już zostały opracowane przez naukowców na świecie, jest olbrzymia. Właściwie większość związków chemicznych, z którymi się spotykamy – pestycydy, antybiotyki, różnego rodzaju farmaceutyki – jesteśmy w stanie oznaczać tymi metodami elektrochemicznymi. Aczkolwiek problem polega na tym, że te metody często nie są wystarczająco selektywne. Czyli cały czas błąd tych czujników jest zbyt duży. Ale to nie oznacza, że ich nie używamy. Tak jak mówiłem, mamy te sensory do oznaczania glukozy, wiele czynników chemicznych, które oznaczamy w naszej krwi, to też są czujniki elektrochemiczne. Oznaczanie jonów sodu, potasu bazuje na wykorzystaniu elektrod jonoselektywnych. To też są metody elektrochemiczne.

 

K.G.: Czy mogłabym kiedyś w przyszłości mieć w domu taki czujnik do sprawdzania tego, co jest np. na jabłku? Jakby np. jakiś nieuczciwy rolnik używał zbyt wielu środków ochrony roślin, przekraczał normy itd. 

 

Ł.P.: Myślę i mam nadzieję, że tak. To też jest jeden z aspektów, którym się zajmujemy, czyli konsumencka kontrola jakości. Cały czas staramy się rozwijać rozwiązania, które pozwolą nam na oznaczanie tych związków chemicznych w czasie rzeczywistym. Ale to też jest wieloetapowy proces, do najprostszych nie należy. Mamy całą masę wyzwań, którym musimy sprostać, ale jest to nasza praca i lubimy rozwiązywać tego typu problemy.

 

K.G.: A np. takie czujniki sprawdzające zanieczyszczenie środowiska? Że staję nad jeziorem i mogę takim czujnikiem sprawdzić, czy mogę się tam wykąpać?

 

Ł.P.: Takie czujniki istnieją. Jestem pewien, że jak ich dobrze poszukamy, to będziemy w stanie je kupić. Tylko problem polega na tym, że do każdej specyficznej analizy, będziemy potrzebowali osobnego urządzenia. Do oznaczania tego, co mamy na skórce jabłka, będziemy musieli wykorzystać jedno urządzenie, do tego, żeby zbadać czystość wody drugie urządzenie, do tego, żeby sprawdzić zasolenie wody w Odrze trzecie urządzenie, do tego, żeby zbadać jakiś konkretny parametr w ściekach czwarte urządzenie. Najpierw musimy wiedzieć, na czym nam zależy, jakie jest zastosowanie, a dopiero potem szukać rozwiązań, które już są dostępne.

 

K.G.: Można być takim naukowcem, który poszukuje odpowiedzi na pytania o podstawy rzeczywistości, albo takim bardziej aplikacyjnym. Zdaje się, że panu jest bliższe to myślenie o rozwiązywaniu problemów ludzi.

 

Ł.P.: Nie do końca. Uważam, że tylko to, co jesteśmy w stanie zrozumieć w stu procentach, możemy zastosować. Dlatego my staramy się łączyć.

 

K.G.: Czyli badania podstawowe to rzecz podstawowa.

 

Ł.P.: Oczywiście, to jest bardzo ważne. Nie lubimy chodzić po omacku. Wiemy i widzimy, że jeżeli coś bardzo dobrze rozumiemy, to jesteśmy w stanie szybciej opracować finalne rozwiązanie. 

 

K.G.: Jak pan widzi relacje różnych nauk – chemii, matematyki, biologii, informatyki? Niektórzy powiedzą, że matematyka jest absolutnie podstawowa, nad to nadbudowujemy fizykę, nad to chemię itd. Co pan o tym sądzi?

 

Ł.P.: Z mojej perspektywy wszystkie te nauki bardzo mocno się zazębiają. Chociaż pracuję na Wydziale Chemii, to nie oznacza to, że zajmuję się tylko i wyłącznie chemią. Bardzo często pochylam się nad procesami biologicznymi, pracujemy z całą masą zjawisk fizycznych, rozwiązujemy nasze problemy na podstawie współpracy z kolegami i koleżankami, którzy pracują na Wydziale Biologii, Wydziale Fizyki na naszym uniwersytecie lub w innych jednostkach. 

 

K.G.: Mówi pan, że to wszystko się zazębia. A czy system kształcenia lub nawet w ogóle podział administracyjny na uczelniach za tym nadąża? Pamiętam, jak kiedyś jeden historyk mi opowiadał, że przez to, że różne wydziały są od siebie daleko, potrafią się ze sobą nie dogadywać, bo czegoś nawzajem nie wiedzą.

 

Ł.P.: Na pewno każda dyscyplina ma swoją własną specyfikę. W naukach ścisłych nie ma „ja”, jesteśmy „my”, pracujemy jako zespoły. Trudno jest być alfą i omegą od wszystkiego. Co prawda bardzo często jako lider zespołu zmagam się z wieloma wyzwaniami administracyjnymi, ale to się zmienia na lepsze, wszystko idzie ku lepszemu. Muszę powiedzieć, że od kiedy pracuję na Wydziale Chemii Uniwersytetu Łódzkiego, zaobserwowałem bardzo wiele zmian, które mocno mnie odciążyły. Mówię tutaj właśnie o tych aspektach administracyjnych.

 

K.G.: Pracował pan też dużo za granicą. Jaka jest różnica między szeroko pojętą pracą tam a tu?

 

Ł.P.: Jeżeli chodzi o sposób myślenia, nie ma wielu różnic. Wszyscy jesteśmy naukowcami, wszystkim nam zależy na tym samym – żeby robić naukę na jak najwyższym poziomie. To, co jest bardzo ważne w przypadku takiej mobilności naukowej, to to, żeby zdobywać nowe doświadczenia. Właściwie ta mobilność to jest moja własna definicja innowacji naukowej. Bo to, kim teraz jestem, to jest pokłosie wszystkiego, co do tej pory robiłem – tych moich wszystkich doświadczeń praktycznych i teoretycznych. Pomysły, które inkubują się w mojej głowie, bazują na tych doświadczeniach związanych z moimi pobytami w Niemczech, we Francji, w Holandii. Branie udziału w konferencjach naukowych, czytanie literatury naukowej – wszystko to gdzieś się kumuluje w głowie i w pewnym momencie – z reguły jak wracam rowerem do domu – mam ten genialny pomysł, który muszę przelać na kartkę, żeby nie zapomnieć.

 

K.G.: Pytam o to dlatego, że mam wrażenie, że jeszcze kilka lat temu raczej była to droga w jedną stronę. Czyli jeśli naukowiec wyjeżdżał z kraju, to bardzo rzadko do niego wracał. Teraz rozmawiałam z kilkoma naprawdę poważnymi naukowcami, którzy wracają. Zrobiło się u nas lepiej?

 

Ł.P.: Myślę, że na pewno. Mamy kilka bardzo fajnych jednostek, które finansują naukę w Polsce, jak np. Narodowe Centrum Nauki, Fundacja Na Rzecz Nauki w Polsce, Narodowa Agencja Wymiany Akademickiej. Oczywiście zawsze może być lepiej – w dobie cały czas spadających wskaźników sukcesu, które mówią nam o tym, jaki procent osób, które składały wnioski o finansowanie, je dostały. 

 

K.G.: W Polsce są one bardzo niskie. A napisanie takiego wniosku o grant to jest bardzo poważna praca, którą trzeba wykonać.

 

Ł.P.: Tak. Nie ukrywam, że nie każdy napisany wniosek się dostaje. To jest proces, przez który trzeba przejść. Tych wniosków grantowych w ciągu roku czasami trzeba złożyć nawet kilka, żeby dostać jeden grant. Ale niestety bez odpowiedniego wsparcia finansowego nie jesteśmy w stanie prowadzić badań naukowych na odpowiednim poziomie. Niestety wszystko kosztuje – odczynniki, wyposażenie laboratoryjne, sprzęty, instrumenty, ich użytkowanie, a także sam fakt konieczności zatrudnienia wysoko wykwalifikowanego personelu, czyli z reguły osób, które zostają z nami na stażach podoktorskich lub decydują się, żeby realizować pracę doktorską pod naszą opieką – mówię o naukowcach w całej Polsce. Ale nie możemy narzekać. Myślę, że obecnie robienie nauki w Polsce do najtrudniejszych nie należy.

 

K.G.: Kiedyś raczej widziano to tak, że mentalność na Zachodzie była inna, a u nas inna. Pan mówi, że raczej ten sposób myślenia naukowego jest wszędzie podobny?

 

Ł.P.: Z mojej perspektywy tak, ale jestem pewnie trochę rozpieszczony kulturą Zachodu i wszystko, czego się nauczyłem tam, staram się przenosić tutaj. Dużo naukowców wróciło też z Zachodu do Polski. Może nawet poniekąd następuje taka zmiana pokoleniowa – nie wiem, czy to nie zabrzmi niegrzecznie, ale tworzymy nowe wartości, staramy się narzucać nowy porządek pracy.

 

K.G.: Czyli jednak liderowanie, a nie szefowanie.

 

Ł.P.: Dokładnie tak. 

 

K.G.: Oczywiście nie zapominajmy, że kłopoty z finansowaniem są ogromne, co naukowcy cały czas podkreślają, i wiemy, że nakłady na naukę w Polsce spadły w ostatnim czasie, więc jest dużo do zrobienia. Mówił pan o mentorach. Jakie oni mają znaczenie dla naukowca?

 

Ł.P.: Olbrzymie. Myślę, że porównywalne z koniecznością bycia mobilnym, czyli zdobywania doświadczenia w różnych jednostkach akademickich, naukowych na świecie. Mogę powiedzieć o swoich mentorach. Jestem wielkim szczęśliwcem, bo w swojej karierze miałem ich kilku i są to osoby, które mnie odpowiednio usieciowiły, pokazały, w jaki sposób robić naukę na najwyższym poziomie, które pokazały mi, jak powinien wyglądać rewelacyjny wniosek grantowy – to nie jest coś, z czym się rodzimy, to jest wiedza, którą zdobywamy na drodze kilkuletniej ciężkiej pracy. Rola mentora jest tutaj na pewno nieoceniona, olbrzymia. 

 

K.G.: A taka praca naukowa, innowacyjna to jest praca twórcza? 

 

Ł.P.: Myślę, że tak, jest to praca twórcza. Na pewno nie możemy porównać tej pracy do napisania słów piosenki albo namalowania obrazu. To jest praca twórcza, która bazuje na solidnym fundamencie wiedzy.

 

K.G.: Skoro jest pan liderem zespołu, to proszę powiedzieć trochę więcej o zespole.

 

Ł.P.: Oczywiście. Mam przyjemność pracować z rewelacyjnymi ludźmi. Obecnie mamy w zespole kilku doktorantów, kilka osób na stażu podoktorskim, kilka osób, które pracują na stanowisku adiunktów. Wszyscy wnoszą do zespołu inny pierwiastek umiejętności, wiedzy. Wymieniamy się tą wiedzą, prowadzimy dyskusje. Uwielbiam też jeść lunch z moim zespołem, codziennie o dwunastej spotykamy się w miarę możliwości w naszym pokoju socjalnym, gdzie przy okazji spożywania posiłku rozwiązujemy swoje problemy naukowe, prowadzimy dyskusje i to powoduje, że każdego poniedziałku jak wstaję rano, idę do pracy z uśmiechem na twarzy.

 

K.G.: To jest duża rzecz. W takim razie nad czym teraz pracujecie?

 

Ł.P.: Zajmujemy się kilkoma projektami. Cały czas rozwijamy dalsze protokoły do oznaczania różnych związków psychotropowych. Jeden z moich kolegów przyjechał do nas z Tajwanu i staramy się z nim opracować metodę oznaczania substancji psychotropowych, które możemy znaleźć w pigułce gwałtu. 

 

K.G.: Czyli można by sprawdzać drinki?

 

Ł.P.: Dokładnie tak. Chcemy opracować taki protokół, który pozwoli nam na to, żeby oznaczać te substancje psychotropowe, z reguły w napojach. Jeżeli chodzi o drinki, w których jest alkohol, to mamy pewnego rodzaju problemy, które teraz rozwiązujemy. Etanol trochę nam interferuje, ale jesteśmy na dobrej drodze. Mamy też projekty, w których pochylamy się nad barwnikami spożywczymi, czyli staramy się opracować metody z wykorzystaniem zżelowanych materiałów drukowalnych do tego, żeby oznaczać barwniki spożywcze w produktach. Liderem tego projektu jest mój kolega, doktor Konrad Rudnicki. Kolejny projekt to wykorzystanie druku 3D do przygotowania materiałów przewodzących i odpowiedniego zmodyfikowania powierzchni takiego materiału. Tutaj z kolei pochylamy się nad cząsteczką, która ostatnio często pojawia się na ekranach telewizyjnych i w audycjach radiowych, czyli fentanylem. Mamy projekt, w którym próbujemy też opracować metodę do oznaczania toksyn, które są produkowane przez algi. I do tego jeszcze azotanów i fosforanów, które służą za pożywienie dla cyjanobakterii.

 

K.G.: Bardzo ciekawe są te projekty, szczególnie ten dotyczący pigułki gwałtu. Chciałam na koniec pana zapytać, jak pan reaguje na to, że społecznie bardzo często nadal chemia równa się coś złego? Mówię np. o chemii w jedzeniu. A my to czym jesteśmy?

 

Ł.P.: Oczywiście, wszystko, co nas otacza, to chemia. Wszystko jest zbudowane z atomów. Nie patrzyłbym na tę chemię jak na coś złego, tylko na dobrodziejstwo, dzięki któremu jesteśmy, gdzie jesteśmy. Nawet jeżeli pomyślimy o konserwantach – proszę sobie wyobrazić, co by było, gdyby nie one. Jak często musielibyśmy chodzić do sklepu, jak często one musiałyby mieć dostawy, żeby sprostać zapotrzebowaniu na żywność.

 

K.G.: Denerwuje się pan, jak ludzie tak mówią?

 

Ł.P.: Nie, nie jestem osobą, która jakoś specjalnie się denerwuje. Pewnie włącza się wtedy u mnie moduł akademicki i zaczynam cierpliwie tłumaczyć.

 

K.G.: Tak? Ma pan cierpliwość?

 

Ł.P.: Olbrzymią. Nie wiem, czy widać, ale jestem flegmatykiem.

 

K.G.: [śmiech] Muszę przyznać, że mnie to irytuje, jak ludzie mówią o wszechobecnej chemii. Są takie wspaniałe memy, gdzie jest rozpisany skład np. banana na substancje chemiczne i to wygląda jak najdłuższa etykieta, a to przecież banan. 

 

Ł.P.: Oczywiście, związki chemiczne są wszędzie.

 

K.G.: Trzymam kciuki za państwa badania, bo to wszystko wygląda szalenie interesująco. 

 

Ł.P.: Jeśli się nam nie uda, to będę wiedział, do kogo mam przyjść z pretensjami, bo kciuki nie były trzymane wystarczająco mocno. [śmiech]

 

K.G.: Coś w tym jest. [śmiech] I oczywiście za implementację, bo to jest ta wielka rzecz. Można coś stworzyć – i to jest już ogromny wysiłek – ale żeby to weszło w użytkowanie, to jest kolejny wysiłek. Jak pan to ocenia, co jest trudniejsze? Stworzenie czy wdrożenie?

 

Ł.P.: Wdrożenie. 

 

K.G.: Przez problemy administracyjne, mentalnościowe?

 

Ł.P.: Jest wiele czynników. Pierwszy to chyba ten, że jesteśmy tylko naukowcami. Jako takim zwykłym naukowcom czasami jest nam trudno postawić się w roli biznesmenów, marketingowców. Jedna rzecz, której się nauczyłem, biorąc udział w kilku takich spotkaniach z potencjalnymi partnerami, którzy byli zainteresowani naszą technologią, to to, że my jako naukowcy wolimy mówić o wadach niż o zaletach. Czyli bardzo krytycznie podchodzimy do wszystkiego, co stworzymy. 

 

K.G.: Jakieś małe szkolenie ewidentnie się panu przyda. [śmiech] Raz jeszcze powodzenia i obiecuję trzymać te kciuki. Pan profesor Łukasz Półtorak znalazł czas dla Radia Naukowego. Dziękuję serdecznie.

 

Ł.P.: Dziękuję bardzo w imieniu swoim i całego zespołu.