Aktualności
Badania
22 Listopada
Źródło: www.wyzwaniafizyki.pl
Opublikowano: 2022-11-22

Najnowsze patenty fizyków z IF PAN

Technologia wytwarzania termoizolacyjnych pokryć do szyb, nanopowłoki tlenków metali do zastosowań w implantologii dla pacjentów z osteoporozą czy detektory UV o wysokiej czułości – to tylko niektóre z efektów prac prowadzonych przez naukowców Instytutu Fizyki PAN.

Dwudniowa konferencja „INNO Thinking. Fizyka dla Społeczeństwa!” stała się okazją do zaprezentowania najciekawszych projektów badawczo-rozwojowych, prowadzonych obecnie przez naukowców Instytutu Fizyki PAN. Trzecią edycję wydarzenia poświęcono projektom, których innowacyjny potencjał skupia się na wyzwaniach we współczesnej medycynie, energii, ochronie środowiska oraz technologii wojskowej i kosmicznej. Wprowadzenie w życie opracowanych rozwiązań przełoży się bezpośrednio m.in. na wzrost skuteczności leczenia osteoporotycznych złamań kości i implantologii, walki z superbakteriami, profilaktyki nowotworów skóry, automatyzacji przemysłu, kontroli emisji zanieczyszczeń oraz – co szczególnie ważne w obecnych czasach – osiągania znaczących oszczędności w kosztach ogrzewania pomieszczeń.

Aktywność badawcza Instytutu Fizyki PAN nie jest wyłącznie sztuką dla sztuki. Naszą misją jest poszukiwanie realnych rozwiązań problemów, które zagrażają ludzkości dziś lub potencjalnie zagrażać będą w niedalekiej przyszłości. Fizyka w istocie jest nauką definiującą zjawiska w otaczającym nas świecie, zatem to na nas właśnie, fizykach, spoczywa odpowiedzialność za kreowanie lepszego jutra – przekonuje prof. Marek Godlewski z Instytutu Fizyki PAN.

Wśród zaprezentowanych rozwiązań znalazła się m.in. technologia wytwarzania pokryć do szyb, która nawet o 20 proc. zmniejsza koszty ogrzewania pomieszczeń poprzez zwiększenie efektywności termoizolacji budynków mieszkalnych i obiektów użyteczności publicznej. Z perspektywy fizyki problem tkwi w wysokiej transmisji szyb w zakresie podczerwonym. Stanowi to wyzwanie zarówno zimą, kiedy ciepło poprzez okna wypromieniowuje na zewnątrz prowadząc do wychładzania się pomieszczeń, jak i latem, kiedy wnętrza budynków nagrzewają się. Dostępne obecnie na rynku rozwiązania pozwalają dość skutecznie zatrzymywać podczerwień, ale niestety nie są całkowicie przezroczyste i charakteryzują się niską trwałością.

Prowadziliśmy badania w kierunku synergii parametrów termoizolacyjnych oraz zdecydowanie większej trwałości i przepuszczalności światła widzialnego, nawet bez stosowania atmosfery ochronnej. Efekty są bardzo optymistyczne i dają realną nadzieję na znaczące ograniczenie kosztów ogrzewania lub chłodzenia pomieszczeń – przekonuje dr hab. Bartłomiej Witkowski, kierownik zespołu.

Antybakteryjne farby

Nie zabrakło również wynalazków dotyczących medycyny. Fizycy z PAN opracowali innowacyjną technologię nadawania farbom i tuszom właściwości antybakteryjnych. Jak wiadomo, skuteczność działania antybiotyków systematycznie maleje. Trwają więc poszukiwania innych niż farmaceutyczne sposobów na minimalizację występowania groźnych wirusów i bakterii w naszym bezpośrednim otoczeniu. W przeciwieństwie do stosowanych obecnie rozwiązań, bazujących na nanokrystalicznym srebrze i innych metalach, które wpływają niekorzystnie na środowisko naturalne i zdrowie człowieka, badacze IF PAN skoncentrowali się na metodach synergii nanotechnologii z polimerami. Owocem tych prac jest innowacyjne połączenie opracowanej technologii z większością dostępnych na rynku farb.

Nadanie farbom właściwości antybakteryjnych według opracowanego rozwiązania jest tanie i łatwo jest tę technologię wdrożyć w procesie produkcji sprzętu i urządzeń, które sprzyjają transmisji drobnoustrojów w miejscach użyteczności publicznej – od klamek i drzwi w szpitalach, po np. poręcze w pojazdach komunikacji miejskiej. Analogicznie, metodę można zastosować w produkcji tuszy do druku, minimalizując ryzyko zakażeń w korzystaniu z ulotek, wizytówek czy restauracyjnego menu. Co ważne,  w żaden sposób nie wpływa to na estetykę i nasycenie barw w poszczególnych produktach – zapewnia autor innowacji dr Jarosław Kaszewski.

Pacjenci cierpiący na osteoporozę z nadzieją mogą spoglądać natomiast na przełom w badaniach zwiększających skuteczność leczenia osteoporotycznych złamań kości. W swoich badaniach zespół pod przewodnictwem Aleksandry Seweryn skupił się na towarzyszącym osteoporozie zjawisku spadku gęstości kości oraz konieczności skuteczniejszego leczenia osteoporotycznych złamań kości. Powszechnie stosuje się metalowe implanty kostne, które choć wytrzymałe mechanicznie, wymagają funkcjonalizacji powierzchni z uwagi na proces degradacji powierzchni metalowej w środowisku biologicznym, a także tworzenie się blizny z tkanki łącznej w miejscu pożądanego kościozrostu z płaszczyzną implantu. W konsekwencji często dochodzi do niestabilności implantu i konieczności przeprowadzenia ponownej operacji. Pionierskie rozwiązanie z wykorzystaniem dwutlenku hafnu umożliwia uzyskanie kościozrostu i minimalizuje zarówno około-, jak i pooperacyjne powikłania.

Detektory w komosie i na polu walki

Z kolei zespół dr hab. Ewy Przeździeckiej skoncentrował się na zbudowaniu, analizie i optymalizacji technologii uzyskiwania złączy diodowych do zastosowań w detektorach światła. Główne atuty tego rozwiązania to bardzo szybki czas reakcji detektora oraz możliwość jego dostrojenia do bardzo wąskiego zakresu. Co ciekawe, diody zastosowane w detektorze nie wymagają dodatkowego źródła zasilania. Taka charakterystyka pozwala na jego szerokie zastosowanie w procesie eksploracji kosmosu, badaniu ciał niebieskich, ekologii oraz technologii wojskowej.

Inny z opracowanych detektorów – podczerwieni na bazie struktur półprzewodnikowych PbTe/CdTe – może być wykorzystany do monitorowania poziomu emisji gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń powietrza, a także do automatycznego śledzenia i naprowadzania na cel oraz monitorowania pola walki w trudnych warunkach atmosferycznych. Rozwiązaniem już dziś zainteresowani są producenci wojskowych systemów obronnych.

Badania w kierunku ultraczułych detektorów UV mogą mieć natomiast zastosowanie w profilaktyce nowotworów skóry, w tym czerniaka, a także w ochronie środowiska, kontroli szczelności różnych instalacji przemysłowych lub wykrywaniu w zbiornikach wodnych obecności niebezpiecznych substancji.

Potwierdzenie skuteczności opracowanej technologii otwiera możliwości jej szerokiego zastosowania, zarówno w kontekście systemów monitorowania promieniowania UV i wczesnego ostrzegania, jak również indywidualnych środków ochrony, np. poprzez implementację detektorów w smartwatchach lub telefonach. Atutem rozwiązania jest prostota jego wykonania oraz niskie koszty produkcji – zachwala jego autorka Monika Ożga.

MK, źródło: IF PAN

 

Dyskusja (0 komentarzy)