Wręczenie nagród w konkursie Student-Wynalazca (fot. Politechnika Świętokrzyska)

Alicja Surowiak i Dominik Terefinko – doktoranci z Wydziału Chemicznego – zdobyli nagrody specjalne w dorocznym konkursie Student-Wynalazca. Ich projekty docenił Polski Związek Pracodawców Przemysłu Farmaceutycznego.

Organizowany od 2010 roku konkurs Student-Wynalazca nagradza i wyróżnia studentów, doktorantów i absolwentów, którzy w trakcie studiów zostali twórcami lub współtwórcami wynalazku, wzoru użytkowego lub przemysłowego.

W tegorocznej edycji nagrodę specjalną Rektora Politechniki Świętokrzyskiej zdobył Arkadiusz Ziółkowski, doktorant z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki za czujnik do pomiaru częstotliwości oddychania, a Dominika Iwan, doktorantka z Wydziału Chemicznego wyróżnienie za związek chemiczny, który może leczyć i zapobiegać opryszczce spowodowanej przez wirus HSV-1. Laureatów tych nagród poznaliśmy już na początku roku. Szczegóły na temat tych wynalazków opisujemy więc w naszym tekście z lutego.

Teraz ogłoszono także laureatów nagród specjalnych przyznanych przez Polski Związek Pracodawców Przemysłu Farmaceutycznego. Są nimi także doktoranci z Wydziału Chemicznego PWr.

Związki zapachowe do wielu zastosowań

Alicję Surowiak doceniono za projekt, nad którym pracowała wspólnie z dr inż. Lucyną Balcerzak i dr. inż. Danielem Strubem z Katedry Chemii Biologicznej i Bioobrazowania.

Opracowali sposób wytwarzania eterowych związków zapachowych do zastosowania zwłaszcza w przemyśle perfumeryjnym, kosmetycznym, spożywczym, chemii gospodarczej lub przemyśle farmaceutycznym.

- Istotą wynalazku są eterowe pochodne oksymów lotnych związków karbonylowych. Związki te pojawiają się w zgłoszeniach patentowych z USA i Europy, jednakże proponowane procesy ich syntezy są stosunkowo czasochłonne, mało ekonomiczne i ekologiczne – tłumaczy doktorantka. - Celem naszego wynalazku było więc uzyskanie nowych związków zapachowych w sposób możliwie prosty i ekonomiczny oraz ocena nowych i już znanych eterowych pochodnych oksymów pod względem profili zapachowych i progu wyczuwalności zapachu.

Jak podkreśla młoda badaczka, o atrakcyjności tego wynalazku świadczy komercjalizacja zgłoszenia na podstawie umowy licencyjnej. Wkrótce znajdzie ono bowiem zastosowane w chemii gospodarczej.

- Dzięki udokumentowanemu profilowi bezpieczeństwa wobec komórek ludzkich i środowiska wodnego, substancje te mogą znaleźć zastosowanie także w wielu innych gałęziach przemysłu – podkreśla doktorantka. – Efektem mogą być produkty o nowych zapachach, zarówno kosmetyki, perfumy, jak i artykuły chemii gospodarczej. Co więcej, dzięki aktywności przeciwdrobnoustrojowej substancje te mogą przyczynić się do zahamowania globalnego wzrostu lekooporności patogenów poprzez wspomaganie hamowania ich rozwoju, np. poprzez zastosowanie w środkach do dezynfekcji. Efektem zastosowania wynalazku w aromatach spożywczych może być pojawienie się produktów zapewniających nowe doznania organoleptyczne.  

Wynalazek może być wykorzystany np. w przemyśle kosmetycznym jako składniki kompozycji zapachowych, a także substancje wspomagające działanie konserwantów. Część z objętych zgłoszeniem związków wykazuje profile zapachowe należące do grup zapachów: korzennych, owocowych i ziołowych, mogą więc znaleźć zastosowanie również w przemyśle spożywczym, np. jako dodatki aromatyczne do żywności, a także dodatki paszowe czy zanęty wędkarskie.

Antybiotyki w wodzie

Drugim nagrodzonym jest Dominik Terefinko – doktorant pracujący na co dzień w Katedrze Chemii Analitycznej i Metalurgii Chemicznej PWr. Został doceniony za swoje prace przy projekcie Sonata 15, w ramach którego przygotowano zgłoszenie patentowe „Sposób dezaktywacji związków endokrynnie czynnych z roztworów wodnych”.

Działał w międzyuczelnianym zespole, który stworzyli: naukowcy z PWr – dr hab. inż. Anna Dzimitrowicz (kierownik projektu), dr hab. inż. Jamróz Piotr, prof. uczelni, prof. Paweł Pohl i dr hab. inż. Piotr Cyganowski oraz badacze z Uniwersytetu Gdańskiego – dr Agata Motyka-Pomagruk, dr Wojciech Śledź, dr hab. Magda Caban, prof. uczelni i prof. Piotr Stepnowski.

Ich wspólny wynalazek jest innowacyjnym, szybkim i tanim sposobem degradacji antybiotyków i związków endokrynnie czynnych (czyli dapsonu, bisfenolu S, bisfenolu A, 2-nitrofenolu, dexametazonu, etylenoestradiolu oraz benzofenonu) z odpadów ciekłych, a zatem ścieków. Do rozkładu tych substancji organicznych naukowcy stosują zimną plazmę atmosferyczną, którą  generują w zbudowanym przez siebie unikatowym ciągłym systemie przepływowym.

Co zostaje w wodzie?

– Problem degradacji antybiotyków i związków endokrynnie czynnych to kwestia, z którą w najbliższych latach z pewnością będzie musiała się zmierzyć Unia Europejska – opowiada Dominik Terefinko. – Na razie nie ma żadnych rozporządzeń czy dyrektyw nakładających obowiązek oczyszczania wody pitnej z tych związków, ale ze względów na wzrost zawartości farmaceutyków w wodach gruntowych i ostatecznie wody, która trafia do naszych kranów, stan ten w niedalekiej przyszłości zapewne ulegnie zmianie.

Związki endokrynnie czynne (określane także jako EDCs) pochodzą m.in. z przemysłu farmaceutycznego, medycznego i rolniczego, to np. składniki tabletek antykoncepcyjnych czy substancji wykorzystywanych w produkcji plastiku. Ich obecność w wodzie (podobnie jak występowanie w niej antybiotyków) powinna nas niepokoić, bo substancje te nie pozostają bez wpływu na nasze organizmy. Badania wykazują, że m.in. zaburzają gospodarkę hormonalną naszych ciał, wprowadzając zmiany w metabolizmie i wpływając na ośrodek nerwowy.

Problemem jest także szerzenie się wielolekooporności wśród mikroorganizmów chorobotwórczych czy wpływ EDCs na funkcje rozrodcze płazów i gadów, co sprzyja feminizacji samców.

Na problemy - plazma

Jak tłumaczy Dominik Terefinko, obecnie na świecie rozwijanych jest kilka różnych technologii degradacji farmaceutyków. Najszerzej znane są tzw. zaawansowane procesy utleniania (AOP), które zapewniają stosunkowo wysoką efektywność degradacji tych związków.

– Rozwiązanie to budzi jednak obawy co do ewentualnej cytotoksyczności, a więc bezpieczeństwa dla spożycia tak oczyszczonej wody – dodaje. – My także pracujemy nad określeniem, czy woda po traktowaniu plazmą jest w stanie wykazać właściwości toksyczne. Sprawdzamy to na modelach biologicznych m.in. bakterii. Mamy nadzieję, że nasz wynalazek będzie mógł w przyszłości zostać wdrożony albo bezpośrednio w firmach wytwarzających odpady bogate w te substancje organiczne, albo w oczyszczalniach ścieków, zapewniając nam wszystkim dostęp do oczyszczonej wody, bez związków wykazujących aktywność biologiczną.

Wynalazek opracowany przez naukowców z PWr i UG umożliwia przeprowadzenie procesu degradacji mieszaniny aż siedmiu związków organicznych z jednej mieszaniny w sposób ciągły.

- Ze względu na to, że wykorzystywana w tym procesie zimna plazma atmosferyczna jest bogatym źródłem reaktywnych form tlenu oraz azotu (ang. Reactive Oxygen and Nitrogen Species, RONS) jej zastosowanie wpływa na strukturę chemiczną analizowanych związków organicznych, prowadząc do ich degradacji – tłumaczy doktorant PWr. - Stopień degradacji antybiotyków (dapson) i EDCs zależał w głównej mierze od struktury chemicznej tych związków. Stosując nasz wynalazek, możliwe jest znaczące zmniejszenie zawartości tych związków w roztworach wodnych, obniżając ich właściwości biologiczne.

Szybko i tanio

Zaletą tej technologii jest fakt, że nie generuje dużych wydatków, a do tego degradacja niekorzystnych substancji jest stosunkowo szybka.

Jak podkreśla Dominik Terefinko, koszt samego układu nie jest wysoki, a materiały eksploatacyjne dostępne i atrakcyjne cenowo. Wydatki na prowadzenie procesu to tak naprawdę koszt poboru energii pompy umożliwiającej tłoczenie wody wraz ze związkami endokrynnie czynnymi, a także  zasilania generatora inicjującego wyładowania zimnej plazmy. – A technologia ta może być znacznie tańsza za sprawą podłączenia takiego układu do ogniw fotowoltaicznych – dodaje młody naukowiec.

Proces traktowania wody ze związkami endokrynnie czynnymi odbywa się w trybie ciągłego przepływu, czyli woda jest tłoczona np. w skali laboratoryjnej z prędkością 3 ml na minutę. W ten sposób w ciągu godziny możliwe jest oczyszczenie 180 ml wody (w skali laboratoryjnej). Przeskalowanie układu do wydajności półprzemysłowej pozwoliłoby oczyszczanie około 60 l wody na godzinę.  

Prace trwają

Technologia opracowana przez międzyuczelniany zespół badawczy jest teraz w trakcie procedur patentowych, a naukowcy kontynuują prace nad wynalazkiem.

– Zajmujemy się zarówno działaniami związanymi ze zwiększeniem skali procesu, jak i pracami nad konstrukcją układów zimnej plazmy dostosowanych do degradacji farmaceutyków z roztworów wodnych – opowiada Dominik Terefinko. – Badamy też kolejne antybiotyki, sprawdzając czy zimna plazma może zostać użyta do ich degradacji. Dokładamy również starań, by określić, jakie produkty uboczne powstają w trakcie działania zimnej plazmy oraz ustalić mechanizmy towarzyszące procesom rozkładu poszczególnych antybiotyków. Sprawdzamy też, jak zimna plazma poradzi sobie z antybiotykami nie tylko w czystej wodzie dejonizowanej, ale i w ściekach syntetycznych (naśladujących warunki naturalne) i w ściekach zbieranych z próbek środowiskowych.

Przeczytaj więcej:

• Zimna plazma zniszczy antybiotyki w wodzie. Innowacyjna metoda naszych badaczy nagrodzona

Lucyna Róg