Małe okrzemki wielką szansą gospodarki jutra

Opatrunki na rany z biokrzemionki i srebra? Czy gospodarka przyszłości opierać się będzie na biokompozytach? Naukowcy z UWM rozpoczynają nowatorskie badania nad wykorzystaniem surowców organicznych w rolnictwie i przemyśle.

Na Uniwersytecie Warmińsko-Mazurskim rozpoczynają się innowacyjne badania nad możliwościami gospodarczego wykorzystania nowej generacji biomateriałów kompozytowych (biokompozytów). Biokompozyty to materiały złożone, w których chociaż jeden ze składników jest biopochodny lub biodegradowalny. Nasza uczelnia będzie je realizować jako członek konsorcjum złożonego z największych ośrodków akademickich w kraju. Liderem projektu jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Partnerami UWM w tym projekcie będą: Uniwersytet Szczeciński, Uniwersytet Adama Mickiewicza, Politechnika Warszawska, Politechnika Białostocka. Polscy naukowcy współpracować też będą z partnerami zagranicznymi z Uniwersytetu w Ohio (USA) oraz z Instytutu Technologii Ceramicznych i Systemów IKTS Fraunhofera w Dreźnie (Niemcy).

Konsorcjum zrealizuje grant finansowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej Zaawansowane biokopompozyty dla gospodarki jutra BioG-NET. Kosz całego projektu wynosi prawie 21 mln zł. UWM na realizację swojej części badań otrzyma ponad 3 mln zł. Badania przeprowadzi zespół naukowców z Katedry Fizjologii, Genetyki i Biotechnologii Roślin Wydziału Biologii i Biotechnologii UWM.

– Projekt został ogłoszony w ubiegłorocznym konkursie Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w programie Team Net. To program kierowany do młodych naukowców a nawet studentów. Tematy badawcze są różne, co nadaje projektowi charakter interdyscyplinarny. My zrealizujemy badania nad przydatnością nowo wytwarzanych biokompozytów w uprawie roślin – wyjaśnia prof. Lesław Lahuta z Katedry Fizjologii, Genetyki i Biotechnologii Roślin Wydziału Biologii i Biotechnologii, który brał udział w opracowaniu programu badawczego.

Najważniejszym zadaniem projektu jest wytworzenie biokompozytów nowej generacji. Biokompozyty powstaną z połączenia nanocząstek srebra i tlenku cynku z modyfikowaną krzemionką pozyskaną z pancerzyków okrzemek (jednokomórkowych glonów tworzących kolonie) oraz nanometali z białkami izolowanymi z serwatki.

Nieprzypadkowo naukowcy chcą wykorzystać okrzemki. Ich pancerzyki mają bowiem dużą powierzchnię chłonną i są w stanie zaabsorbować dużą liczbę nanocząstek metali. Srebro i cynk natomiast mają właściwości bakteriobójcze.

– Uzyskany w ten sposób materiał może być wykorzystany np. do produkcji materiałów opatrunkowych lub kosmetyków – mówi prof. Lahuta.

Badania prowadzone przez konsorcjum wpisują się w światowy trend wykorzystywania nanocząstek różnych metali – srebra, złota, cynku, miedzi, żelaza etc. – w celu zwiększenia skuteczności działania antybiotyków i wzmocnienia ich funkcji bakteriobójczych.

– Naukowcy starają się wytworzyć takie połączenia nanocząstek metali, aby były bezpieczne dla człowieka i środowiska a jednocześnie działały bakterio – i grzybobójczo – zaznacza prof. Lahuta.
Każdy z konsorcjantów ma swoje zadanie. Naukowcy z Uniwersytetu Szczecińskiego wykorzystując żywe okrzemki (z własnego banku okrzemków) wytworzą materiały 3D o strukturze krzemionki o zmodyfikowanym składzie, Naukowcy z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika wytworzą biokompozyty łącząc nanocząstki srebra i tlenku cynku z białkami pozyskiwanymi z serwatki (jako produktu odpadowego w przemyśle mleczarskim).

– Zespół badawczy z UWM zbada otrzymane biokompozyty pod kątem ich właściwości grzybobójczych i oddziaływania na wybrane gatunki roślin uprawnych. To jedno zadanie, ale wykonamy też inne – wzbogacimy biokompozyty o cyklitole (specyficzne metabolity roślinne) i sprawdzimy, w jakim zakresie taki biomateriał będzie można wykorzystać do np. przedsiewnego zaprawiania nasion – mówi prof. Lahuta. Istotą tych badań jest optymalizacja bezpiecznego zastosowanie biokompozytów w produkcji rolnej.

– Otoczymy nasiona biokompozytem zawierającym grzybobójcze i bakteriobójcze nanosrebro lub nanocząstki tlenku cynku, co powinno zapobiegać rozwojowi patogennych grzybów, Chcemy też wykazać, że cyklitole dodane do biokompozytu mogą zadziałać ochronnie na tkanki roślinne nie obniżając właściwości biokompozytu – dodaje prof. Lahuta.

Nie bez przyczyny badania nad zastosowaniem biokompozytów wzbogaconych o cyklitole poprowadzą naukowcy z Katedry Fizjologii, Genetyki i Biotechnologii Roślin UWM. Cyklitole to alkoholowe pochodne cukrów, pełniące w roślinach wiele istotnych funkcji, m.in. uczestniczą w sygnalizacji i reakcji roślin na stresowe czynniki środowiskowe. Badania nad tą grupą metabolitów roślinnych to wizytówka naukowa pracowników katedry.

Pierwsze badania w projekcie ruszyły już w październiku 2019 r. Natomiast UWM dołączy kilka miesięcy później. Badania prowadzone przez naszych naukowców potrwają do końca września 2022 r.
W skład konsorcjum oprócz zespołów badawczych z 6 polskich uczelni wchodzi też komitet naukowo-gospodarczy z m.in. firmami zainteresowanymi wykorzystaniem efektów badań w praktyce. Grantem kieruje prof. Bogusław Buszewski z Wydziału Chemii UMK, światowej sławy chemik, specjalizujący się w chemii analitycznej, doktor h. c. UWM.

Małgorzata Hołubowska

w kategorii