Laser i światło "zniszczą" bakterie i wirusy? Naukowcy stworzą komorę bakteriobójczą | WIMiO - Politechnika Gdańska

Projekt „Optymalizacja kształtu i rozmieszczenia nanostruktur złota w komorze bakteriobójczej wykorzystującej proces fototermoablacji”, którego kierownikiem jest dr inż. Paweł Ziółkowski, będzie realizowany w konsorcjum z Gdańskim Uniwersytetem Medycznym. Otrzymał on dofinansowanie w ramach konkursu SONATA, w wysokości 911 645 zł (w tym 901 885 zł dla PG).

Od dezynfekcji powierzchni, po leczenie nowotworów

–  Dezaktywacja bakterii czy wirusów jest niezbędna – rozpoczynając od uzdatniania wody w oczyszczalni ścieków, aż po dezynfekcję powierzchni, co uzmysłowiła nam pandemia COVID-19. Ten projekt badawczy ma zaoferować nową opcję rozwiązania problemu za pomocą lasera lub silnego źródła światła przy obecności nanocząstek metalicznych, które nie wykazują toksycznych właściwości – mówił mgr inż. Piotr Radomski.

–  W dalszej perspektywie zjawisko fototermoablacji na powierzchni nanocząstek złota może być wykorzystane w leczeniu nowotworów, szczególnie w technikach leczenia małoinwazyjnego. Zwłaszcza w miejscach, gdzie nie uwidacznia się granica pomiędzy chorą a zdrową tkanką organizmu – dodał dr inż. Paweł Ziółkowski.

Jak to będzie działać?

Sam projekt polega na teoretycznym i eksperymentalnym zbadaniu zjawiska fototermoablacji na powierzchni nanocząstek złota tak, aby zaprojektować komorę do dezaktywacji bakterii. Zostanie określony stopień konwersji fal elektromagnetycznych w ciepło na mniej lub bardziej skomplikowanych kształtach nanocząstek: np. nanoprętach, kostkach, gwiazdach, trójkątach o różnych rozmiarach, dla różnych warunków i czynników optycznych. Na podstawie tych badań zostanie określona wartość źródła ciepła, które będzie nagrzewać całość komory do dezaktywacji wybranych bakterii lub wirusów.

Prace nad projektem rozpoczną się w listopadzie 2022 r. Aktualnie rozwijane są modele teoretyczne i metody numeryczne, których przykładowe wyniki zaprezentował pan mgr inż. Piotr Radomski na konferencji we Włoszech.

Badania będą zrealizowane zarówno przy pomocy obliczeń numerycznych, jak i badań eksperymentalnych. Z uwagi na fakt, że komora posiada rozmiar rzędu kilku mikrometrów, możliwe będzie także przeanalizowanie wymiany masy i ciepła za pomocą różnych dostępnych modeli teoretycznych, przewidzianych do obliczeń mikro- i nanoskalowych. Planowana jest także weryfikacja eksperymentalna, lecz z uwagi na złożoność problemu wymaga iteracyjnej analizy w połączeniu z obliczeniami numerycznymi. W kampanii pomiarowej nie będą wprowadzane do komory bakterie czy wirusy, a całość problemu tej gałęzi projektu skoncentruje się na konturach temperatury i przekazanym strumieniu ciepła z fal elektromagnetycznych do złota. Z kolei gałąź teoretyczna ma rozszerzyć zagadnienie do wyjaśnienia procesów zachodzących w trakcie eksperymentu, tak aby zbadać poślizg prędkości typu Naviera, termiczną transpirację Reynoldsa, czy efekt Marangoniego.

Nad projektem pracuje zespół z Instytutu Energii: dr inż. Paweł Ziółkowski (kierownik projektu) mgr inż. Piotr Radomski (część eksperymentalna - główny wykonawca), prof. dr hab. inż. Dariusz Mikielewicz (konsultacja zagadnień wymiany ciepła i masy), prof. Luciano de Sio (konsultant części eksperymentalnych z Sapienza), prof. dr hab. n. med. Jacek Zieliński (konsultant części medycznej z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego).