Dr inż. Paweł Karpiński z Wydziału Chemicznego prowadzi zaawansowane badania nad zachowaniem nanocząstek złota. Wykorzystuje do tego metodę pułapkowania optycznego i tzw. wiry optyczne.  

W listopadzie wyniki jego prac naukowych zostały opublikowane w Advanced Optical Materials – jednym z najlepszych czasopism o tematyce inżynierii materiałowej i optyki.

Naukowiec z PWr zajmuje się eksperymentalnymi badaniami nad pułapkowaniem optycznym nanocząstek złota, a konkretnie analizuje ruch i temperaturę takiej „spułapkowanej” nanocząstki.  Wykorzystuje do tego celu wydłużone nanocząstki złota, czyli nanopręty (z ang. nanorods), które są pułapkowane przy użyciu wiązki Laguerre-Gaussa, tzw. wirów optycznych.

Jak planety wokół słońca

– Takie wiązki mają kształt przypominający obwarzanka lub amerykańskiego pączka – donuta. Przenoszą one spinowy i orbitalny moment pędu. Powoduje to, że nanocząstka nie jest spułapkowana nieruchomo, tylko wykonuje ściśle określone periodyczne ruchy. Spinowy moment pędu sprawia, że obraca się ona wokół własnej osi z częstością rzędu 1000 Hertzów, a z kolei orbitalny moment pędu powoduje, że porusza się ona po orbicie wiązki, czyli po tym obwarzanku, z częstością do 100 Hz. Taki ruch przypomina ruch planet wokół słońca – wyjaśnia dr Karpiński.

Zdjęcie z transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) nanocząstek złota. Nanocząstki często układają się w różne ciekawe, choć przypadkowe kształty, np. nanożyrafy. Zdj. dr Andrzej Żak.

Dodaje, że dokładnie analizując ruchy nanocząstki w pułapce optycznej można wyciągnąć interesujące informacje o temperaturze i lepkości otoczenia takiej nanocząstki. Taka technika pomiarowa może być wykorzystana w biologii i medycynie do lokalnego pomiaru temperatury i właściwości lepko-sprężystych w bardzo małych układach np. we wnętrzu komórki lub innych próbkach biologicznych dostępnych jedynie w bardzo małej ilości, rzędu mikrolitrów.  

– W jednym z projektów, które prowadzę, wykorzystuję pułapkę optyczną i nanocząstki do lokalnego pomiaru tensora lepko-sprężystego cytoplazmy komórek i badam, jak lokalne podwyższenie temperatury wpływa na zachowanie komórki. Taka wiedza może pomóc w opisie funkcjonowania komórki i jej procesów obronnych na podwyższoną temperaturę. Obecnie prowadzę wstępne badania w komórkach roślinnych, ale w dalszej perspektywie planuję rozszerzyć je również na komórki zwierzęce i organizmy chorobotwórcze – tłumaczy naukowiec z PWr. 

Australia i Szwecja, a potem PWr

Podkreśla, że publikacja w Advanced Optical Materials jest dla niego dużym wyróżnieniem. To jego pierwszy samodzielny artykuł, który stworzył, bazując tylko na własnej pracy. – Wszystko od pomysłu, poprzez zaplanowanie i realizację eksperymentu, analizę wyników i ich opis teoretyczny, po napisanie tekstu publikacji jest w stu procentach moją pracą – mówi naukowiec z W3. – Wcześniej zawsze pracowałem pod opieką innego, bardziej doświadczonego badacza – dodaje.

Dr Paweł Karpiński jest z wykształcenia zarówno fizykiem, jak i chemikiem. Studia magisterskie kończył na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki na kierunku fizyka teoretyczna ze specjalnością fotonika. Następnie realizował studia doktoranckie na Wydziale Chemicznym pod opieką prof. Andrzeja Miniewicza. 

Zaraz po doktoracie pracował jako postdoc na Australian National University (w ramach projektu Mobilność Plus). Potem przeniósł się do Szwecji na Chalmers University of Technology w Gotenberdze. – To tam rozpocząłem swoja przygodę z pułapkowaniem optycznym i nanocząstkami. Po dwóch latach wróciłem na Politechnikę Wrocławską. Było to możliwe dzięki grantowi Polonez dla osób przyjeżdżających do Polski – dodaje.

Cały czas rozwija swoje zainteresowania naukowe w ramach różnych projektów m.in. dzięki Stypendium dla Wybitnych Młodych Naukowców (MEiN) czy grantu Sonata (NCN).  

Niedawno rozpoczął realizację projektu we współpracy z prof. Frankiem Cichosiem z Uniwersytetu w Lipsku. Ich badania dotyczą chłodzenia optycznego nano- i mikrocząstek w pułapce optycznej. Projekt ten dostał finansowanie w ramach pierwszej edycji programu Opus+ LAP, prowadzonego przez Narodowe Centrum Nauki.

Iwona Szajner