Dr inż. Magdalena Dudek z Wydziału Chemicznego została laureatką dziewiątej edycji konkursu Narodowego Centrum Nauki Sonatina. Na swoje badania związane z optymalizacją składu nanokryształów otrzymała wsparcie w wysokości niemal 650 tys. zł.

Program Sonatina 9 przeznaczony był dla osób, które chciały rozwijać swoją karierę naukową i zdobyć doświadczenie w roli kierownika projektu. Warunkiem udziału było uzyskanie przez nie stopnia doktora od 1 stycznia 2022 r. do 31 grudnia 2024 r. albo zobowiązanie się do jego uzyskania do 30 czerwca 2025 r.

Do konkursu zgłoszono w sumie 249 wniosków, a finansowanie na swoje projekty z obszaru badań podstawowych lub aplikacyjnych otrzymało 50 osób. Łączna wartość przyznanych grantów to ponad 44,7 mln zł.

Wśród laureatów znalazła się dr inż.  Magdalena Dudek z Katedry Optyki Materii Miękkiej na Wydziale Chemicznym, która swój doktorat obroniła w 2024 r. w Instytucie Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Włodzimierza Trzebiatowskiego PAN.

Na projekt „Optymalizacja architektury i składu chemicznego nanokryształów konwertujących energię w górę współdomieszkowanych jonami lantanowców pod kątem transferu energii do barwników organicznych” przyznano jej 646 044 zł.

O jonach w nanokryształach

Rozwój nanotechnologii otwiera drzwi do wielu innowacyjnych zastosowań, które pozwalają lepiej zrozumieć zjawiska zachodzące w przyrodzie. Jednym z procesów, który znacząco się do tego przyczynia, jest rezonansowy transfer energii Förstera (ang. FRET – Förster Resonance Energy Transfer). – To dzięki temu zjawisku możliwe jest badanie hybrydyzacji DNA, reakcji wiązania przeciwciał z antygenami, a także zmian konformacyjnych białek – wyjaśnia dr Dudek z W3. 

W swoim projekcie zaplanowała przeprowadzenie syntezy nanokryształów domieszkowanych jonami lantanowców. Wspomniane materiały wzbudzane promieniowaniem z zakresu bliskiej podczerwieni wykazują luminescencję w zakresie widzialnym (konwersja energii w górę, ang. upconversion). – Nanokryształy te będą pełnić rolę donorów energii w procesie FRET, podczas gdy molekuły organicznego barwnika zadziałają jako akceptory – mówi dr Dudek. I dodaje, że aby lepiej zrozumieć, jak działa FRET, warto posłużyć się analogią z kamertonami.

– Jeśli dwa kamertony o tej samej częstotliwości znajdują się blisko siebie, uderzenie jednego z nich spowoduje drganie drugiego – bez fizycznego kontaktu. Podobnie, w przypadku FRET, energia przekazywana jest bezpromieniście z donora do akceptora, pod warunkiem że spektrum emisji donora pokrywa się ze spektrum absorpcji akceptora. Kluczowe znaczenie ma odległość między nimi, która nie powinna przekraczać 10 nanometrów – tłumaczy badaczka.

Z kolei efektywność FRET zależy zarówno od składu chemicznego nanokryształów, jak i doboru barwnika, dlatego projekt dr Dudek zakłada badania nad wpływem rodzaju i stężenia jonów domieszki oraz typem i ilością barwnika organicznego na wydajność transferu energii. – Znaczenie ma także umiejscowienie optycznie aktywnych jonów w nanokrysztale, co również zostanie poddane optymalizacji – opisuje. 

Dotychczas w kontekście FRET najczęściej badano materiały domieszkowane jonami Yb³⁺ i Er³⁺. Jednak inne układy, takie jak pary Yb³⁺/Tm³⁺, Yb³⁺/Ho³⁺ oraz Yb³⁺/Pr³⁺, choć znane z wydajnej konwersji energii w górę, nie zostały dotąd szerzej opisane w literaturze naukowej.

– To właśnie te materiały stanowią mój główny przedmiot zainteresowania w tym projekcie – mówi dr Dudek, która przewiduje, że zaawansowane nanomateriały z ich udziałem będą wydajnymi donorami w procesie FRET. 

W ramach otrzymanego grantu dr Magdalena Dudek wyjedzie także na staż zagraniczny. Spędzi go w Kanadzie na McMaster University w zespole prof. Niko Hildebrandta, wiodącego eksperta w dziedzinie FRET.