Projekt badawczy
Nanosensoryka i obrazowanie z wykorzystaniem efektów kwantowych – synergia szkła i diamentu dla zastosowań w biodiagnostyce nowej generacji
prof. dr hab. Ryszard Buczyński | Kierownik projektu |
dr hab. Mariusz Klimczak | Główny wykonawca |
dr Jarosław Cimek | Wykonawca |
mgr inż. Dominik Dobrakowski | Wykonawca |
dr Adam Filipkowski | Wykonawca |
mgr Tanvi Karpate | Wykonawca |
dr inż. Grzegorz Stępniewski | Wykonawca |
Projekt TEAM-NET jest finansowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój.
Nanodiamenty to maleńkie kryształy diamentu o średnicy kilkudziesięciu nanometrów (czyli milionowych części milimetra), a zatem mniejsze nawet od wirusów. Są to stosunkowo nowe materiały, których unikalne właściwości są aktualnie intensywnie badane w czołowych ośrodkach na świecie pod kątem ich wykorzystania m.in. w onkologii, zarówno do leczenia nowotworów, jak i efektywnego ich diagnozowania, jako nośniki genów oraz jako znaczniki w technologii precyzyjnego obrazowania za pomocą rezonansu magnetycznego. Tym samym, technologie oparte na nanodiamentach znajdują zastosowanie zarówno w badaniach podstawowych, jako cenne narzędzia badawcze, jak również już niedługo będą mogły być wykorzystywane w warunkach klinicznych do poprawy jakości i szybkości precyzyjnej diagnostyki medycznej.
Biodiagnostyka nowej generacji dla chorób neurodegeneracyjnych i nowotworowych
„To ostatnie z zastosowań nanodiamentów będziemy rozwijać w naszym konsorcjum. Jeden z naszych zespołów, który będzie utworzony w Instytucie Biotechnologii i Medycyny Molekularnej (IBMM) w Gdańsku pod opieką dra Pawła Schweigera i dra Dawida Nidzworskiego, będzie pracować nad nowymi superczułymi metodami diagnostycznymi, pozwalającymi na szybkie diagnozowanie chorób neurodegeneracyjnych i nowotworowych. Nanodiamenty posłużą do nanoznacznikowania różnych substancji oraz badania aktywności biologicznej z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego” – mówi prof. Ryszard Buczyński z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
Ultraczułe nanosensory
Ogromne możliwości badawcze i aplikacyjne stwarzają nanodiamenty z tzw. centrami barwnymi. Centra barwne są naturalnymi bądź wprowadzonymi sztucznie defektami struktury krystalicznej diamentu, zdolnymi do absorpcji i emisji światła w temperaturze pokojowej. „Nanokryształy z centrami barwnymi mogą być użyte jako niezwykle dokładne czujniki pól magnetycznych, elektrycznych, temperatury i ciśnienia. Ta tematyka będzie rozwijana w oparciu o najnowsze osiągnięcia fizyki kwantowej przez nowy zespół badawczy, który powstanie na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego pod opieką prof. Wojciecha Gawlika” – wymienia prof. Ryszard Buczyński.
Jak otrzymać diamentowe origami
Kluczową rolę w całym projekcie odgrywa wytwarzanie nanodiamentów. Dotychczas bardzo duże trudności sprawiało otrzymanie dobrej jakości, powtarzalnych geometrycznie nanodiamentów o kontrolowanych własnościach. Grupa prof. Roberta Bogdanowicza z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej opracowała jednak nową metodę syntezowania i chemicznego modyfikowania nanocząstek diamentowych w tzw. „diamentowe origami”, o zaprojektowanych parametrach geometrycznych, właściwościach elektrycznych i optycznych. W ramach projektu TEAM-NET zespół ten będzie rozwijał technologię wytwarzania nanodiamentów.
Całość prac badawczych związanych z doskonaleniem metod wytwarzania oraz wykorzystaniem nanodiamentów w magnetometrii, optyce i biomedycynie realizowana będzie przez interdyscyplinarne konsorcjum, w skład którego wchodzą: Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej oraz Instytut Biotechnologii i Medycyny Molekularnej. W ramach realizacji projektu powołane zostaną cztery nowe grupy badawcze oraz zostanie uruchomiona platforma technologiczna produkcji nanodiamentów, która zapewni dostęp do tych nanomateriałów wielu naukowcom w kraju i zagranicą.
- Karpate T., Stępniewski G., Kardaś T., Pysz D., Kasztalanic R., Stepanenko Y., Buczyński R., Krupa K. and Klimczak M., 2023, Quasi-periodic temporal pulse reshaping in femtosecond-pumped tellurite graded-index multimode fiber, Optics Express, vol. 31(8), 13269-13278, 10.1364/OE.480398
- Stępniewski G., Hänzi P., Filipkowski A., Janik M., Mrózek M., Stepanenko Y., Bogdanowicz R., Romano V., Heidt A., Buczyński R., Klimczak M., 2023, Nonlinearity shaping in nanostructured glass-diamond hybrid materials for optical fiber preforms, CARBON, vol. 215, art. 118465, 10.1016/j.carbon.2023.118465
- Stępniewski G., Mrózek M., Filipkowski A., Głowacki M.J., Pysz D., Gawlik W., Buczyński R., Wojciechowski A., Klimczak M., 2023, ODMR-based and microwave-free magnetic field gradiometry with nanodiamond-doped anti-resonant hollow core fibers, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 355, art. 114321, 10.1016/j.sna.2023.114321
- Wang, C. Li, F. Chen, H. Lan, S. Fu, M. Klimczak, R. Buczyński, X. Tang, M. Tang, L. Zhao, A, 2023, A prince for the sleeping beauty - NFT for soliton signal processing, Optics Communications, vol. 547, art. 129857, 10.1016/j.optcom.2023.129857
- Czarnecka P., Jani M., Sengottuvel S., Mrózek M., Dąbczyński P., Filipkowski A., Kujawa I., Pysz D., Gawlik W. and Wojciechowski A.M., 2022, Magnetically-sensitive nanodiamond thin-films on glass fibers, Optical Materials Express, vol. 12(2), 444-457, 10.1364/OME.447426
- Filipkowski A., Mrózek M., Stępniewski G., Głowacki M., Pysz D., Gawlik W., Buczyński R., Klimczak M. and Wojciechowski A., 2022, Magnetically sensitive fiber probe with nitrogen-vacancy center nanodiamonds integrated in a suspended core, Optics Express, vol. 30(11), 19573-19581, 10.1364/OE.458162
- Filipkowski A., Mrózek M., Stępniewski G., Kierdaszuk J., Drabińska A., Karpate T., Głowacki M., Ficek M., Gawlik W., Buczyński R., Wojciechowski A., Bogdanowicz R., Klimczaka M., 2022, Volumetric incorporation of NV diamond emitters in nanostructured F2 glass magneto-optical fiber probes, Carbon, vol. 196, 10-19, 10.1016/j.carbon.2022.04.024
- Orzechowska Z., Mrózek M., Filipkowski A., Pysz D., Stępień R., Ficek M., Wojciechowski A.M., Klimczak M., Bogdanowicz R., Gawlik W., 2022, Tellurite Glass Rods with Submicron-Size Diamonds as Photonic Magnetic Field and Temperature Sensors, Advanced Quantum Technologies, vol. 5(3), art. 2100128, 10.1002/qute.202100128
- Yucheng M., Filipkowski A., Stepniewski G., Dobrakowski D., Zhou J., Lou B., Klimczak M., Zhao L., Buczynski R., 2021, Fusion splicing of silica hollow core anti-resonant fibers with polarization maintaining fibers, Journal of Lightwave Technology, vol. 39(10), 3251-3259, 10.1109/JLT.2021.3058888
- Hoang T.V., Dobrakowski D., Stępniewski G., Kasztelanic R., Pysz D., Dinh K.X., Klimczak M., Śmietana M. and Buczyński R., 2020, Antiresonant fibers with single- and double-ring capillaries for optofluidic applications, Optics Express, vol. 28(22), 32483-32498, 10.1364/OE.404701
- Stępniewski G., Dobrakowski D., Pysz D., Kasztelanic R., Buczyński R. and Klimczak M., 2020, Birefringent large-mode-area anti-resonant hollow core fiber in the 1.9 µm wavelength window, Optics Letters, vol. 45(15), 4280-4283, 10.1364/OL.398650
Projekt QUNNA podsumowanie w postaci filmu: https://www.youtube.com/watch?v=mD03iBQjV_M