Czym jest nanotechnologia dla fizyka powierzchni?

– W zjawiskach zachodzących w nanoskali właściwości powierzchni materiałów mają bardzo duże znaczenie. Dlatego badający je fizycy i chemicy w sposób naturalny zajmują się nanotechnologią rozumianą szerzej: nie jako technologią produkcyjną, ale jako pewną dziedziną badawczą prowadzącą do poznania nowych właściwości materii i do nowych rozwiązań technologicznych.

Czy uważa Pan, że oferowane już dziś zastosowania z etykietką „nano” mogą być rzeczywiście uznane za przejaw nowej technologii?

– Dość dobrze określone są przewidywane zastosowania nowych technologii. Podjęto nawet pierwsze próby praktycznego wykorzystania ich na szerszą skalę. Dotyczy to głównie nanoproszków jako komponentów innych substancji. Na przykład niektóre firmy kosmetyczne sprzedają już kremy z nanokomponentami. Podchodziłbym do tego z pewną rezerwą, bo rzecz może być nie do końca kontrolowana. Wiadomo dziś, że cząsteczki o rozmiarach nanometrowych mogą przenikać przez błony biologiczne i dostawać się w miejsca, gdzie mogą się okazać toksyczne dla organizmu. To duży problem, który bywa często zaniedbywany.

Wiem o eksperymentach, które polegają na mieszaniu nanorurek z cementem i badaniu potem ich wpływu na wytrzymałość i inne parametry materiału. Przychodzi mi na myśl pewna analogia z azbestem. Pamiętam, jak na sześćsetlecie UJ (w połowie lat sześćdziesiątych) oddawano budynek naszego Instytutu Fizyki. Elewację pokrywano płytami z tego bardzo wówczas nowoczesnego materiału… Nikt nie przypuszczał, że wkrótce trzeba będzie się go pozbyć. Oby tak nie było z cementami zawierającymi nanorurki. Nie chcę straszyć, ale już na etapie aplikacji trzeba być bardzo ostrożnym i dalekowzrocznym. Nie jesteśmy w stanie przewidzieć wielu skutków tych zastosowań, więc potrzebne są porządne badania na żywych organizmach – jak w przypadku leków. Być może niektóre hipotezy, które wysuwamy, okażą się chybione.

Nanotechnologia kojarzy się jednak głównie z elektroniką.

– W tej chwili elektronika jest najatrakcyjniejszym polem zastosowania nanotechnologii z punktu widzenia powszechnego użytkownika, ponieważ stoi za nią ogromny przemysł i potencjał gospodarczy. Wielkie firmy, zalewające nas masowo swymi produktami, z drżeniem myślą o tym, co będzie za kilkanaście lat, gdyż wiedzą, że doszliśmy już do granic postępu osiąganego drogą miniaturyzacji struktur wytwarzanych w tak zwanych technologiach warstwowych. Obecnie elementy elektroniczne układów wykonuje się warstwa po warstwie. Warstwy te są modyfikowane przy użyciu skomplikowanych technologii. Fizycy i chemicy dobrze wiedzą, że nie da się ich miniaturyzować w nieskończoność, a w szczególności dalej zmniejszać grubości wytwarzanych warstw. Po przejściu do rozmiarów nanometrowych zmienia się bowiem zasada działania takich urządzeń oraz pojawia się szereg zjawisk niepożądanych, pasożytniczych. Wystąpi na przykład tak zwany efekt tunelowania przez zbyt cienką warstwę, który można wyobrazić sobie jako rodzaj przebicia elektrycznego. Prawa mechaniki kwantowej mówią nam, że obiekty o rozmiarach nanometrowych zaczynają się zachowywać inaczej niż obiekty duże. Szereg właściwości nanomateriałów, takich jak twardość, przewodnictwo cieplne czy elektryczne zmienia się i zaczyna podlegać innym prawom. Na przykład, w nanostrukturach zmienia się charakter przewodnictwa elektrycznego i nie podlega ono prawu Ohma, mówimy o kwantowaniu przewodnictwa. Widać zatem, że w elektronice nie da się kontynuować dotychczasowego rozwoju przy użyciu obecnie stosowanych technologii.

W jakim kierunku mogą podążyć badania?

– Z pewnością pojawią się duże projekty badawcze, także finansowane przez UE, które dziś wyglądają futurystycznie. Na przykład pracuje się nad obwodami i urządzeniami elektronicznymi składającymi się z pojedynczych molekuł. Nie chodzi tu o tak zwaną organiczną elektronikę molekularną, która w dalszym ciągu byłaby oparta na technologii warstwowej, tylko o elektronikę na pojedynczych molekułach, układach molekuł czy sieciach molekularnych. W tej chwili przeznaczane są na ten cel bardzo duże nakłady finansowe, aby za 20−30 lat osiągnąć rozwiązania, które stworzą podstawy do opracowania nowych technologii w skali przemysłowej. Dla kadry naukowej w Polsce to jest duża szansa, bo za tym stoją też niemałe finanse.

Czy sądzi Pan, że uda się ją właściwie wykorzystać?

– Polskie środowisko naukowe jest dość konserwatywne, a system kariery naukowej mało elastyczny. Praca doktorska często jest rozszerzeniem tematyki pracy magisterskiej i na emeryturę idzie się będąc zasłużonym nestorem danej dziedziny. W innych krajach są pewne systemowe naciski, które sprawiają, że trzeba zmieniać tematykę. Gdy niemiecki profesor idzie na emeryturę, kończy się też praktycznie działalność jego laboratorium. Na jego miejsce przychodzi ktoś z konkursu, rozwija swoją tematykę. Być może generalnie mieści się ona w tej samej dziedzinie, ale to jest nowa tematyka naukowa. U nas na ogół mistrz wychowuje kontynuatorów swoich prac. Taka jest ogólna tendencja, która ma też negatywne skutki. Gdy pojawia się nowa dziedzina, jak właśnie nanotechnologia, próbuje się nagiąć uprawianą do tej pory tematykę tak, by ją sprzedać w nowym opakowaniu. Dlatego, pomimo deklarowanego w naszym kraju dużego zainteresowania nanotechnologią, niewiele osób może się poszczycić osiągnięciami w tej dziedzinie na forum międzynarodowym i na międzynarodowych konferencjach z tej branży. Na bardzo prestiżowej konferencji nanotechnologicznej w Bazylei w zeszłym roku było zaledwie kilku uczestników z Polski i tylko jeden na 100 zaproszonych referentów z całego świata. To jest sygnał dla nas: jeśli naprawdę chcemy, by ta dziedzina w Polsce się rozwijała, powinni nadawać jej ton ludzie, którzy mają osiągnięcia w skali międzynarodowej.

Gdzie w Polsce widzi Pan takie ośrodki?

– Jest ich co najmniej kilka. Jeden z nich jest na pewno reprezentowany przez prof. Tomasza Dietla (IF PAN), który jest międzynarodowym autorytetem w dziedzinie spintroniki i układów półprzewodnikowych. Dziś łatwo je znaleźć, choćby wchodząc do internetowych baz czasopism naukowych, ewentualnie wykazów cytowań. Te dane są powszechnie dostępne i środowisko wie, kto ma osiągnięcia. Dobrze by było, aby decyzje o przyznaniu funduszy na badania były podejmowane na zasadach merytorycznych, na podstawie kryteriów, które są weryfikowane w skali międzynarodowej. Tylko wtedy mamy szansę znaleźć się w czołówce.

Polska nauka ma jednak ekonomicznie mniejszy potencjał niż wielkie koncerny.

– W tej chwili mamy szczególną sytuację, ponieważ pojawiły się fundusze strukturalne z Unii Europejskiej. Są one na tyle poważne, że niezbędne wydaje się dobre przygotowanie wizji rozwoju nauki. Uważam za słuszne, aby robili to ludzie, którzy przez swoje aktualne osiągnięcia naukowe i status międzynarodowy pokazali, że wiedzą, o czym mówią.

To wydaje się oczywiste. A czy mógłby Pan wskazać obszary, które stanowiłyby nisze badawcze dla polskich naukowców?

– Takim polem, na którym też czyni się duże nakłady finansowe, jest nanobio− i nanomedycyna. Chodzi tu o część medycyny związaną z badaniami podstawowymi. Jeżeli fizycy, chemicy, inżynierowie materiałowi podejmą bezpośrednią, skuteczną współpracę z dobrym ośrodkiem, to zyskają ogromne zaplecze od strony biomedycznej (nie muszą w nie inwestować), a ponadto zyskają możliwość naturalnej weryfikacji swoich pomysłów w zastosowaniach praktycznych. Jest tu duże pole do działania dla biofizyków, biochemików, którzy zajmują się diagnostyką, opracowywaniem materiałów czy metod (np. dostarczania i wchłaniania leków), a także terapii, np. nowotworowych, stosujących nanocząstki i inne nanoukłady. W tej dziedzinie możemy mieć całkiem dobre osiągnięcia. Moim zdaniem, kondycja nauk medycznych jest u nas dużo lepsza niż to, co myśli o niej społeczeństwo, patrzące na nią pod kątem tak zwanej służby zdrowia.

Na tym polu można uzyskać efekt, jaki daje współpraca specjalistów z różnych dyscyplin. Może to być bardzo owocne. Polska jest dużym krajem, a państwo dysponuje w rzeczywistości bardzo dużymi środkami. Od polityki państwowej zależy, gdzie będzie się te środki lokować: czy przeznaczy się je na cele socjalne i kolejne dotacje, czy na przykład zainwestuje w rozwój nauki i edukacji. Prawdę powiedziawszy, wszystkie kolejne ekipy rządowe deklarują, że chcą rozwijać naukę, tylko potem nie udaje się przejść od deklaracji do konkretów.

Czy taka inicjatywa, jak Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, które ma teraz powstać, może coś rozwiązać?

– Jestem w tej kwestii sceptykiem. Uważam, że najniebezpieczniejsza w tym projekcie jest zbytnia centralizacja. Tym, co sobie najbardziej cenię w swojej pracy w laboratorium, które stworzyłem prawie od zera i które dobrze funkcjonuje, jest względna samodzielność. Zdaję sobie sprawę, że nie można każdemu powiedzieć: „rób, co chcesz”. Powinny istnieć pewne priorytety finansowe. Uważam jednak za niebezpieczną sytuację, w której główne środki umożliwiające prowadzenie badań na pewnym poziomie będą przyznawane tylko strukturom silnie scentralizowanym, które z góry będą narzucać kierunek badań. Jesteśmy dostatecznie dużym krajem, żeby istniało tu wiele ośrodków konkurujących między sobą. To konkurencja, a nie dyrektywy odgórne, powinna doprowadzić do równania w górę.

Czym zajmuje się Pańskie laboratorium?

– Za pomocą różnorodnych metod syntezy materiałów i diagnostyki ich właściwości prowadzimy badania nanostruktur i obiektów mezoskopowych, również biologicznych. Badamy na przykład reakcje immunologiczne na poziomie molekularnym, badamy tarcie w skali atomowej, układy do elektroniki molekularnej itp., a więc pracujemy nad szeroko rozumianą nanotechnologią. W szczególności interesują nas układy molekularne na powierzchni, które zazwyczaj muszą być badane w warunkach ultrawysokiej próżni. Naszymi podstawowymi narzędziami badawczymi są różnorodne skanningowe mikroskopy próbkujące, wykorzystujące pomiar tak zwanego prądu tunelowego czy pomiar „sił atomowych”. Współpracujemy głównie z ośrodkami europejskimi w Niemczech, Szwajcarii, Francji, Danii, Hiszpanii i we Włoszech. Teraz jesteśmy jednym z kilkunastu uczestników w dużym, zintegrowanym przedsięwzięciu (7.PR), które dotyczy elektroniki molekularnej. To dla nas duże wyzwanie.

Organizujemy II Konferencję Nanotechnologii w Krakowie, w dniach 26−28 czerwca 2008 roku. Przeraża mnie jednak potworna biurokracja, która się z tym wiąże i zabiera dużą część naszego czasu. Odczuwamy efekt nakładania się biurokracji brukselskiej z naszą lokalną. Marzy mi się, żeby kiedyś to przestało istnieć i żeby można było całkowicie poświęcić się pracy naukowej. Niestety, nie wyobrażam sobie, aby do czasu mojej emerytury coś takiego nastąpiło.