Nanomateriały, hipertermia magnetyczna, laboratoria „na chipie”, warsztaty popularyzujące naukę dla dzieci i seniorów – zainteresowania dr Magdaleny Osial z Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN trudno zamknąć w jednej dziedzinie. Łączy je ciekawość tego, jak działa materia i jak opowiadać o nauce poza laboratorium

Dr Osial pracuje w Pracowni Inteligentnych Materiałów i Nanotechnologii Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN. Zajmuje się nanomateriałami, czyli – w uproszczeniu – materiałami zbudowanymi z cząstek, z których znaczna część ma co najmniej jeden wymiar w zakresie od 1 do 100 nanometrów. Jeden nanometr to jedna miliardowa część metra, a 100 nanometrów – jedna dziesięciomilionowa część metra. 

W nanoskali dobrze znane substancje mogą zyskiwać właściwości odmienne od tych, które mają w większej skali. Dobrym przykładem jest złoto. Jego nanocząstki mogą mieć barwę czerwoną, fioletową lub nawet niebieskawą. Mają też inne właściwości powierzchniowe niż metal znany z biżuterii. Nanomateriały mogą mieć różny skłąd chemiczny począwszy od metali, ich związków po węgiel i wiele innych. Mogą one przyjmować rozmaite formy, między innymi nanorurek czy cząstek o kształcie zbliżonym do kulistego, co sprawia, że ten sam materiał, lecz posiadający różny kształt i rozmiar może mieć odmienne właściwości

– Zajmuję się materiałami, których nie widać gołym okiem, ale których niewielki dodatek może zmienić właściwości całego kompozytu – mówi badaczka. – Łącząc nanomateriały z innymi materiałami np. polimerami możemy wpływać na ich parametry fizykochemiczne m.in.  własności optyczne, przewodność elektryczną czy porowatość, wykorzystując drobiny nawet stukrotnie mniejsze od ludzkiej komórki. Przykładowo, zastępując mikrometrycznej wielkości cząstki nanometrycznymi w cieczach magnetoreologicznych można spowolnić sedymentację zawiesiny i tym samym polepszyć skuteczność działania.

Dr Osial pracuje między innymi z tlenkami żelaza. Jednym z badanych zastosowań jest hipertermia magnetyczna, w której nanocząstki pod wpływem zmiennego pola magnetycznego wytwarzają ciepło. – Jeden z takich materiałów może znaleźć zastosowanie w medycynie jako lokalny generator ciepła. Po wstrzyknięciu zawiesiny do guza nowotworowego można miejscowo podnosić jego temperaturę za pomocą zmiennego pola magnetycznego. Podobne materiały można wykorzystywać również na przykład w innych dziedzinach m.in. w sprzęgłach sterowanych magnetycznie lub w ochronie środowiska do usuwania lub degradacji zanieczyszczeń  – wyjaśnia.

Dlaczego nie wszystko budujemy z grafenu

Przez lata nanotechnologii przypisywano niemal nieograniczone możliwości. Przykładem może być grafen, który miał zrewolucjonizować wszystko od budownictwa po komputery. Problem okazał się jednak wyjątkowo przyziemny. – Nanomateriały mają fantastyczne właściwości fizykochemiczne, ale ogranicza nas przede wszystkim koszt ich produkcji, a od materiału otrzymanego w laboratorium do wykorzystywania go na skalę przemysłową często prowadzi bardzo długa droga – mówi badaczka.

Każdy nowy materiał trzeba najpierw dokładnie przebadać, a następnie opracować sposób jego wytwarzania na większą skalę przy zachowaniu tych samych właściwości. Dlatego materiał, który świetnie sprawdza się w niewielkiej próbce laboratoryjnej, nie musi równie dobrze działać w produkcji przemysłowej. – Myślę, że dziś największy potencjał nanomateriałów tkwi w zastosowaniach biotechnologicznych i biomedycznych – ocenia dr Osial.

Jako przykład podaje czujniki i laboratoria „na chipie”. Nanomateriały mogą w takich niewielkich urządzeniach tworzyć cienkie warstwy wiążące określone biomolekuły albo wzmacniające sygnał. Zainteresowanie podobnymi rozwiązaniami diagnostycznymi wzrosło podczas pandemii COVID-19, kiedy intensywnie poszukiwano szybkich i czułych metod wykrywania wirusa SARS-CoV-2.

Manufaktura Naukowców

Do popularyzacji nauki Osial trafiła jeszcze jako studentka w Kole Naukowym Chemików „Fulleren”. Później, dzięki grantowi eNgage Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, stworzyła „Manufakturę Naukowców, czyli Uniwersytet Każdego Wieku”. Pierwsze zajęcia połączyły dwie grupy, które rzadko spotykają się razem na warsztatach naukowych: dzieci oraz ich babcie i dziadków. – Te zajęcia początkowo miały być cyklem zaledwie dziesięciu spotkań. Okazało się, że w jednym roku odbyły się 53. Później przygoda z popularyzacją nauki rozwinęła się o inne działania m.in. zaczęliśmy pisać artykuły popularnonaukowe razem z licealistami, żeby oglądać świat nauki nie tylko okiem naukowca, ale także nastolatka – umożliwiając młodym adeptom nauki zobaczenie jak wygląda praca naukowca na co dzień. 

Projekt popularyzatorski rozrósł się o kolejne warsztaty i zajęcia prowadzone także za granicą. Powstała również książka dla dzieci o eksperymentach, które można prowadzić w domu, a dr Osial prowadzi zajęcia między innymi o Marii Skłodowskiej-Curie, budowania modeli i izolacji DNA, właściwościach materiałów, świetle a nawet o budowie mostów w laboratorium i poza murami Instytutu Prowadzi także program letnich praktyk dla studentów z Polski i zagranicy w ramach Summer School on Nanomaterials.

W pracy laboratoryjnej i popularyzatorskiej przydaje jej się ta sama cecha. – Myślę, że to ciekawość świata, która nie pozwala mi usiedzieć w jednym miejscu. Ta ciekawość pomaga mi też zachować cierpliwość, kiedy coś nie wychodzi – mówi Osial.

Podczas wielogodzinnych pomiarów równolegle konsultuje się ze studentami, przygotowuje inne doświadczenia lub pracuje nad publikacjami.

Dr Osial jest absolwentką programu TOP 500 Innovators, w ramach którego zdobywała doświadczenie na uniwersytetach w Cambridge i Oksfordzie. Odbyła także staże naukowe w Nowym Jorku i Brukseli.

• Nauki biologiczne i rolnicze
• Nauki medyczne
• Nauki techniczne