Nanonauka i nanotehnologije - Zvuči li vam poznato?

Redakcija časopisa Industrija imala je čast da ugosti dr Vladimira Đokovića, naučnika sa Instituta za nuklearne nauke „Vinča“. Dr Đoković je doktorirao 1999. godine na odseku za Fiziku Čvrstog stanja, Fizičkog Fakulteta Univerziteta u Beogradu. Napisao je preko pedeset naučnih radova. Gostujući je profesor na nekoliko svetskih univerziteta, uključujući NASA istraživački centar u Americi. Njegovi naučni radovi su objavljivani u naučnim časopisima širom sveta, citiran je preko hiljadu puta u naučnim radovima. Dobitnik je nekoliko naučnih nagrada, održao preko sedamdeset naučno konferencijskih prezentacija. Iako ovo sve deluje više nego impresivno, ovo je samo jedan deo informacija iz njegove naučno-istraživačke karijere koja tek treba da dostigne svoj vrhunac.

Časopis Industrija: Doktorirali ste na odseku za Fiziku Čvrstog stanja, Fizičkog Fakulteta Univerziteta u Beogradu, ali vrlo brzo nakon odbrane teze ste se zainteresovali za novu oblast, Nanonauke i Nanotehnologije. Koji je razlog za to interesovanje i da li možete da nam pojasnite čime se bave ove dve naučne oblasti, kao i koja ste istraživanja radili u Nanonaukama i Nanotehnologijama?

Dr Vladimir Đoković: Oblasti nanonauka i nanotehnologija su došle u fokus početkom novog milenijuma. I pre toga su se naučnici bavili ispitivanjem sistema koji bi se mogli podvesti pod ove oblasti, ali je bilo potrebno izvesno vreme da se shvati veliki potencijal ovih istraživanja.

Nanonauke zahtevaju interdisciplinarni pristup i uključuju veliki broj tradicionalnih disciplina (fizika, hemija biologija, materijali i medicina). Moja istraživanja su se kretala u nekoliko pravaca. Počeo sam sa mešavinama polimera (plastika) i poluprovodničkih (CdS, CdSe, Ag2S, PbS, ZnO Fe2O3) nanočestica kao punioca tzv. nanokompozitima polimera. Nanočestica je termin koji je skovan da opiše strukture koje imaju male dimenzije i od kojih je bar jedna reda nanometra (milijarditi deo metra).

Kada veličina čestica postane reda nanometra, neke njene fizičke osobine počinju da zavise od dimenzija. Na primer, u slučaju poluprovodničkih nanočestica (neki ih nazivaju i kvantne tačke), moguće je menjati optičke osobine kontrolom rasta čestica pri čemu kristalna struktura i hemijski sastav ostaju nepromenjeni. Dakle, ako samo promenimo dimenziju čestice sa recimo 6 nm na 4 nm, ona će imati drugačije optičke osobine. Mene je, iskreno, kad sam to prvi put video, oduševilo, i to je jedan od razloga zašto sam odlučio da se time bavim.

U okviru oblasti nanokompozita postoje tri glavna pravca istraživanja:

1.Nanometarski punioci se koriste za poboljšanje osobina matrice (polimera) zato što sa smanjenjem dimenzija čestica raste specifična površina materijala, pa se sa mnogo manje masenog udela punioca mogu postići mnogo jači efekti na matricu.

2. Polimer se koristi kao medijum u kome se sintetišu ili ubacuju nanočestice, a kontrolom njihovih veličina se dizajniraju nanostrukture za specifične primene.

3. Sinergija punioca i polimera (matrice). Ponekad je moguće kombinacijom nanočestica dobiti neke fizičke osobine koje ne poseduju ni jedan od ta dva materijala posmatranih zasebno. Ja sam svoja istraživanja vodio u ova tri pravca i iz svakog od njih imam naučne radove.

Takođe sam se bavio ispitivanjima nanočestica plemenitih metala (zlato i srebro) površinski modifikovanih različitim biomolekulima. Ovakve strukture, između ostalog, nalaze primenu u fotokatalizi polutanata i istraživanjima vezanim za fluorescentnu mikroskopiju živih ćelija. Osnovni problem pri fabrikaciji nanočestica je što one ne žele da budu male, odnosno „nano“. Zbog toga mi razvijamo različite metode koje nam omogućavaju da kontrolišemo njihov rast i, naročito, oblik.

Posebno sam ponosan na metodu sinteze hibridnog materijala sastavljenog od nano-kocki cink oksida i sfernih srebrnih nanočestica, koju smo razvili moja saradnica dr Lidija Trandafilović i ja. Ovaj materijal pokazuje jako dobra fotokatalitička svojstva i može se koristiti za prečišćavanje vode. Rezulati ovih istraživanja su se pojavili na naslovnoj strani časopisa Chemical Engineering Journal.

Časopis Industrija: Trenutno radite na Institutu za nuklearne nauke “Vinča”, ali ste i gostujući profesor u NASA University Research Center (Center for Aerospace Devices Research and Education at North Carolina Central University) od 2013. godine. Čemu naučnik iz Srbije podučava naučnike u jednom prestižnom centru kao što je NASA?

Dr Vladimir Đoković: Ne mogu da kažem da ih podučavam, ali mi je drago da su im potrebni moja ekspertiza i znanje. Uključen sam u projekat razvoja specifičnih piezoelektričnih senzora. Radimo sa keramičkim materijalima kao što su barijum titanat (BaTiO3) i piezoeletričnim polimerima (polivinilden fluoride i njegovi kopolimeri). Ovaj boravak mi je jako bitan jer mogu da koristim najmodernije naučne instrumente, a to, u konačnom, pomaže i kvalitetu mojih istraživanja u Srbiji.

Časopis Industrija: Preko pedeset Vaših naučnih radova je objavljeno u raznim časopisima, a Vaši radovi su citirani preko hiljadu puta. Dobitnik ste nekoliko naučnih nagrada. Da li se na osnovu toga može reći da ste među vodećim naučnicima u zemlji i inostranstvu?

Dr Vladimir Đoković: Na to pitanje verovatno treba da odgovore moje kolege. Brojevi koje ste naveli služe za kvantitativno rangiranje naučnika ali je prevashodno bitan sud naučne zajednice.

Časopis Industrija: Da li nam možete nešto reći o Vašim trenutnim istraživanjima i u kojoj oblasti su rezultati Vaših istraživanja primenjivi?

Dr Vladimir Đoković: U poslednjih nekoliko godina moja istraživanja su prvenstveno vezana sa sintezu fluorescentnih nanostruktura i njihovoj primeni u fluorescentnoj mikroskopiji patogenih ćelija (Escherichia coli, Candida albicans) i ćelija raka jetre.

U okviru nekoliko istraživačkih projekata, koje smo imali na sinhrotronskoj instalaciji SOLEIL (Pariz), testirali smo dobijene fluorescentne nanostrukture korišćenjem sinhrotronskog UV zračenja kao pobude. Pokazali smo da se površinskom modifikacijom nanočestica srebra sa aminokiselinom triptofanom mogu dobiti nanoprobe čija fluorescencija zavisi od okruženja (hidrofobno-hidrofilno), što nam je omogućilo da pokažemo u kojim delovima ćelije se akumuliraju nanočestice.

Takođe, modfikovali smo nanočestice zlata specifičnim fotoaktivnim molekulima (eng. photosensitizers) i kreirali strukture koje se mogu koristiti za fotodinamičku terapiju raka jetre. Nanosrukture smo uspešno detektovali nakon intrekacije sa ćelijama raka.

Ova istraživanja su bitna zato što se nanočestice zlata vrlo često koriste da urade prenos leka ili aktivne supstance pri nekim terapijama raka i bitno ih je lokalizovati u ćelijama. U saradnji sa kolegama sa odseka za bolesti jetre sa Université Paris-Sud XI nastavljamo istraživanja u ovom pravcu.