Centrum NanoBiomedyczne w Poznaniu

Jak doszło do powstania Centrum? 

Prof. dr hab. Stefan Jurga, Dyrektor Centrum NanoBiomedycznego (CNBM):

Centrum NanoBiomedycznego (CNBM) jest jednostką organizacyjną UAM powołaną wspólnie z Uniwersytetem Medycznym, Uniwersytetem Przyrodniczym i Politechniką Poznańską. Głównym celem w działalności Centrum jest interdyscyplinarność, która polega na łączeniu nauk fizycznych, chemicznych, biologicznych, medycznych oraz inżynierii materiałowej w ramach nanotechnologii. Dziś w Centrum prowadzimy działalność naukowo-dydaktyczną w obszarze nanonauki i nanotechnologii. Pierwsze plany stworzenia CNBM powstały w oparciu o moje doświadczenia badawcze z zakresu różnych metod magnetycznego rezonansu jądrowego. Współpracowałem wówczas z profesorem Janem Stankowskim – współorganizatorem i pierwszym dyrektorem Instytutu Fizyki Molekularnej PAN w Poznaniu. Wspólnie zaczęliśmy budować centrum rezonansu jądrowego, a profil związany z nanaotechnologią pojawił później i był bodźcem do rozwoju środowiska badań interdyscyplinarnych. Zależało nam na połączeniu potencjału naukowego wielu kolegów pracujących w poznańskich uczelniach, których znaczący dorobek naukowy był mniej widoczny ze względu na rozproszenie w różnych jednostkach. Idea stworzenia Centrum była dość długim procesem, natomiast nanotechnologia jest tym obszarem, który łączy wiele dziedzin nauki. Warto wspomnieć, iż w latach 90-tych w Cornell University – Ithaca, Nowy Jork odwiedziłem centrum o podobnym profilu interdyscyplinarnym, które stało się moją inspiracją. Podsumowując, nanotechnologia była dziedziną, która łączyła kompetencje fizyków, biologów chemików, medyków. Podpisaliśmy porozumienie czterech uczelni, jak wspomniałem powyżej i w 2010 roku rozpoczęliśmy budowę CNBM. W 2011 roku budowa została zakończona – równolegle zamawialiśmy nowoczesną aparaturę badawczą i zabiegaliśmy o projekty miękkie, takie jak kształcenie doktorantów. Infrastruktura CNBM została sfinansowana w ramach projektu kluczowego Działania 13.1 Infrastruktura Szkolnictwa Wyższego XIII Priorytetu Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko pt. „Międzyuczelniane Centrum NanoBioMedyczne”. Obecnie posiadamy laboratoria z unikatową aparaturą badawczą w zakresie nanotechnologii, o wartości około 100 mln złotych.

 Jaka jest misja centrum?

S.J.: Różnimy się od innych ośrodków naukowych, ponieważ od początku postawiliśmy sobie cel, że będziemy kształcić doktorantów i młodych doktórów na rzecz obszaru nanaotechnologii, zastosowania biotechnologii do medycyny, nanotehcnologii do inteligentnych specjalizacji. Kolejną sprawą było zdecydowane rozwijanie kompetencji badawczych i menadżerskich doktorów i młodych doktorów, w tym konsekwentne zabieganie o finansowanie badań. I to nam się udaje – efektem tych działań są liczne projekty realizowane w Centrum. Następnym, bardzo ważnym elementem, jest rozwijanie w zespole naukowców kultury badań interdyscyplinarnych, aby eksperci z  różnych dziedzin nauki rozmawiali zrozumiałym dla siebie językiem. Realizujemy ten cel poprzez pracę w małych zespołach nad wspólnymi publikacjami i projektami. W moim przekonaniu powinniśmy rozwijać zarówno badania podstawowe, jak i interdyscyplinarne na zasadzie autentycznej synergii. Kolejnym ważnym czynnikiem jest szeroka, międzynarodowa i krajowa współpraca, którą wpisaliśmy w strategię rozwoju Centrum. Międzynarodowa współpraca nie polega wyłącznie na podpisywaniu umów, ale młoda osoba przebywa przez jeden rok na zagranicznej uczelni i wykonuje część swojej pracy doktorskiej w ramach czteroletnich studiów.

W misji Centrum zawarte jest także  rozwijanie współpracy badawczej z małymi i średnimi przedsiębiorstwami w ramach transferu innowacji. Bardzo ważnym elementem składowym naszej strategii jest integracja środowiska naukowego – stworzyliśmy jednostkę, w której integrujemy ekspertów z Uniwersytetu Medycznego, Uniwersytetu Przyrodniczego i Politechniki Poznańskiej.

 W czym się specjalizujecie? 

S.J.: Pierwszym ważnym elementem jest kształcenie doktorantów w obszarze nanotechnologii, drugim interdyscyplinarność, trzecim szeroka współpraca krajowa i międzynarodowa, a czwartym laboratoria z unikatową aparaturą badawczą w zakresie nanotechnologii. Problematyka badawcza Centrum realizowana przez kadrę naukową, doktorantów i magistrantów obejmuje wytwarzanie i charakteryzację fizyko-chemiczną nanomateriałów oraz zastosowanie tych materiałów do nanoelektroniki, fotowoltaiki, terapii celowanej i diagnostyki, inżynierii tkankowej, inżynierii komórkowej i biotechnologii.

 Proszę wymienić obszary badacze realizowane w Centrum? 

Do obszarów badawczych należą: 

Manipulacje komórkowe i genetyczne obejmują: nanocząstki jako nośniki środków kontrastujących oraz Leków; systemy wprowadzania kwasów nukleinowych z wykorzystaniem nanocząstek; Analiza procesów internalizacji nanocząstek do komórek; Cytotoksyczność i genotoksyczność nanocząstek.

Neuronauka i fizyka widzenia obejmują: czynnościowe badania aktywności mózgu; uczenie motoryczne za pomocą symulacji ruchowej; kontrolowany wzrost neuronów z wykorzystaniem nanosieci.

Biosensory / Sensory obejmują: detekcja biomolekuł z wykorzystaniem nanocząstek/nanostruktur; reakcje biochemiczne w kompleksowych systemach oraz w żywych komórkach; sensory gazów; sensory nanoelektromechaniczne dla zastosowań w elektronice.

Inżynieria tkankowa obejmuje: nowe rusztowania do inżynierii tkankowej; nanokompozyty antybakteryjne; implanty i protezy kostne.

Detekcja / Terapia obejmuje: nanomateriały w diagnostyce i celowym dostarczaniu leków; obrazowanie za pomocą magnetycznego rezonansu jądrowego (MRI); obrazowanie za pomocą elektronowego rezonansu paramagnetycznego (ESRI); detekcje wolnych rodników; sekwencjonowanie nowej generacji – nowa platforma diagnostyczna chorób poligenicznych.

 Nanoelektronika, spintronika obejmują:  magnetyczne i elektryczne właściwości nanocząstek metalicznych; właściwości strukturalne i elektryczne nanostruktur węglowych; gigantyczny magnetoopór w nowoczesnych zaworach spinowych; ferroelektryczne i multiferroiczne nanostruktury.

Fizykochemia powierzchni obejmuje: nanostruktury magnetyczne;
twarde pokrycia; efekty fizyczne w nanoskali; pokrycia funkcjonalne; nanokompozyty do zastosowań w sensoryce i katalizie; nanolaminaty do zastosowań w optyce; materiały hybrydowe nieorganiczne/organiczne. Mikro i nanofluidyka obejmują: nanokoloidy; układy nanoporowate i samoorganizujące się; przepływy i ich detekcja za pomocą technik optycznych i spektroskopowych.

 Dlaczego musicie być tak bardzo interdyscyplinarni?

S.J.: Nanocząsteczki są to bardzo małe cząstki materii – wielkości do stu nanometrów. Jeden nanometr to dziesięciomiliardowa część metra (10^-9metra). W naszych laboratoriach produkujemy właśnie takie nanocząsteczki.  Z nowej struktury nanocząsteczek wynikają nowe właściwości fizyczne, które umożliwiają innowacyjne, nieznane dotąd zastosowanie tak powstałych materiałów. Nanocząsteczki docierają do miejsc niedostępnych dla cząstek zwykłej materii. Jak już wspomniałem w Centrum produkujemy nanocząsteczki, a wytwarza ją i fizyk i chemik. Następnie musimy ją albo przyłączyć albo w niej internalizować leki, kwasy, materiał genetyczny, czy środki kontrastujące. W kolejnym etapie wprowadzamy nanocząsteczkę do dużej komórki o średnicy mikrometrów, a także do jej jądra. Ważne jest, aby trafić w odpowiedni receptor komórki w celu przebicia błony komórkowej. Nanotechnologia umożliwia stosowanie innowacyjnych terapii chorób nowotworowych, np. nanocząsteczki będące składnikiem leku kierują jego dawkę precyzyjnie w rakowe komórki. Badania tego typu wymagają współpracy zarówno biologów, chemików, jak i fizyków. I w tym tkwi piękno nauki, że potrafimy podejść bardzo interdyscyplinarnie do wielu zagadnień.

 Jak funkcjonuje Centrum, jeśli chodzi strukturę i finansowanie?

S.J.: Prowadzimy czteroletnie, interdyscyplinarne studia doktoranckie, programy podoktorskie w ramach projektów badawczych, studia magisterskie, e-learning wraz z partnerskimi uczeniami. Kadra naukowa obejmująca ponad 30 pracowników ze stopniem naukowym doktora z zakresu fizyki i biofizyki, chemii, nauk biologicznych, nauk technicznych, medycyny. Zespół doktorantów zawsze sięga do 100 osób. Prowadzimy na szeroką skalę współpracę zagraniczną, posiadamy ogromną liczbę publikacji, nasi pracownicy uczestniczą w konferencjach międzynarodowych.

Dziękuję za rozmowę i życzę sukcesów. 

Prof. dr hab. Stefan Jurga urodził się w Kościanie w 1946 roku. W latach 1964-69 studiował fizykę na Wydziale Matematyki, Fizyki i Chemii UAM. Po uzyskaniu stopnia magistra fizyki w 1969 roku rozpoczął pracę naukowo-dydaktyczną w Instytucie Fizyki UAM. Pracę doktorską obronił w styczniu 1974 roku. Po obronie wyjechał na staż naukowy do Uniwersytetu w Liege (Belgia), a następnie do Stanów Zjednoczonych do Uniwersytetu Stanu Illinois w Urbana-Champaign, gdzie pracował w zespole Prof. H. S. Gutowsky’ego – pioniera badań NMR w fazie skondensowanej. Po powrocie do kraju w 1976 roku pracował na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu jako adiunkt i pełnił funkcję sekretarza Sekcji Nauk Fizycznych w Poznańskim Towarzystwie Przyjaciół Nauk. W 1983 roku wyjechał do Moguncji (RFN), gdzie pracował w zespole Prof. H. W. Spiessa w Instytucie Maxa Plancka do Badań Polimerowych. W tym Instytucie ukończył pracę habilitacyjną, która została przyjęta w 1985 roku przez Radę Wydziału Matematyki i Fizyki UAM wraz ze stosowną uchwałą o nadaniu stopnia naukowego doktora habilitowanego nauk fizycznych. W 1986 roku został powołany na stanowisko docenta w Instytucie Fizyki UAM. W 1991 roku został mianowany na stanowisko profesora nadzwyczajnego, a w 1995 roku otrzymał tytuł profesora nauk fizycznych. Od roku 2000 jest profesorem zwyczajnym na Wydziale Fizyki UAM i kieruje Zakładem Fizyki Makromolekularnej oraz ogólnouczelnianym Centrum Integracji Europejskiej.    

Prof. S. Jurga prowadzi szeroko zakrojone badania  struktury i dynamiki molekularnej, procesów dyfuzyjnych, przejść fazowych oraz procesów relaksacyjnych w ciałach stałych, cieczach i materii miękkiej za pomocą różnych metod magnetycznego rezonansu jądrowego, spektroskopii dielektrycznej, reologii, małokątowego rozpraszania promieniami X,  spektroskopii IR, metod komputerowych Monte Carlo i Dynamiki Molekularnej oraz różnicowej kalorymetrii skaningowej. Wyniki aktywności naukowej zawarte są w ponad 350 artykułach naukowych, monografiach, opracowaniach monograficznych, pracach opublikowanych pod moją edycją i komunikatach konferencyjnych.

Prof. S. Jurga  wypromował kilkudziesięciu magistrów, 12 doktorów. Od 2003 roku jest członkiem Saksońskiej Akademii Nauk (Niemcy). Od 2002 roku pełni funkcję wiceprezydenta Międzynarodowego Towarzystwa Naukowego „Groupement Ampere”, a od 2004 roku funkcję prezydenta Stowarzyszenia Uniwersytetów Europejskich „Grupa Santander”. Od roku 2006 jest dyrektorem Międzynarodowej Szkoły Letniej Magnetycznego Rezonansu Jądrowego organizowanej pod auspicjami Groupement  Ampere corocznie w Polsce. Był stypendystą prestiżowych programów stypendialnych Alexandra von Humboldta i Towarzystwa Maxa Plancka, a także profesorem wizytującym m.in. w Cornell University (USA) i w North Carolina State University w Raleigh (USA), współpracując z Prof. K. Gubbinsem, w University of Florida w Gainesville(USA),  współpracując z Prof. E.R Andrew, w Centrum Badań Atomowych w Saclay pod Paryżem we Francji, w Instytucie Jozefa Stefana w Lublanie, w Słowenii, współpracując z Prof. R. Blincem, w University of South Africa w Pretorii (RPA). Prowadzi szeroką współpracę naukową z wieloma ośrodkami na świecie, w tym z Departamentem Fizykochemii Uniwersytetu w Cambridge (Wielka Brytania), Departamentem Fizyki Uniwersytetu Boston College w Bostonie (USA), Departamentem Fizyki Uniwersytetu w Lipsku, Centrum Zawansowanych Badań Materiałowych CAESAR w Bonn (Niemcy).

We wczesnej działalności naukowej prof. S. Jurga zajmował się złożonymi reorientacjami molekularnymi w kryształach jonowych. W oparciu o zaproponowany model teoretyczny i wcześniej rozwiniętą po raz pierwszy w kraju technikę pomiarów magnetycznej relaksacji jądrowej w wirującym układzie współrzędnych, możliwa była separacja złożonych reorientacji molekularnych, określenie ich parametrów aktywacyjnych i powiązanie energii aktywacji dla ruchów „tumblingowych” z wymiarami jonowymi badanych obiektów. Kolejne zainteresowania naukowe dotyczyły  polimorfizmu w kryształach molekularno-jonowych i zagadnienia nieporządku orientacyjnego jonów poliatomowych w sieci krystalicznej. Kryształ w temperaturze bliskiej zera bezwzględnego charakteryzuje się wysokim stopniem uporządkowania orientacyjnego. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta objętość swobodna kryształu a wraz z nią ruchliwość jonów poliatomowych. W trakcie ogrzewania występuje zazwyczaj przejście fazowe do fazy wysoko-temperaturowej, charakteryzującej się wyższą symetrią sieci krystalicznej oraz nieporządkiem orientacyjnym jonów. Zamrożone stopnie swobody ruchu molekularnego w fazie niższej zostają odblokowane w fazie wyższej.  Dzięki zastosowaniu szeregu metod magnetycznego rezonansu jądrowego dla jąder wodoru, deuteru i chloru w specjalnie dobranych do badań solach amoniowych pokazano współzależność między przemianami polimorficznymi w kryształach molekularno-jonowych a nieporządkiem orientacyjnym oddzielnie kationów i anionów.

Zainteresowania prof. S. Jurgi po habilitacji koncentrują się na wykorzystaniu i rozwijaniu różnych technik NMR (badania na jądrach deuteru, wysoka zdolność rozdzielcza NMR na izotopie węgla 13, badania NMR jąder kwadrupolowych, badania relaksacyjne w funkcji częstości Larmora, badania dyfuzji przy silnym impulsowym gradiencie pola i z gradientem zewnętrznym w polu rozproszonym, badania anizotropii dyfuzji za pomocą głowicy do mikroobrazowania), a także reologii oscylacyjnej, spektroskopii dielektrycznej, SAXS, metod komputerowych Monte Carlo i Dynamiki Molekularnej, IR, DSC do badań materii miękkiej. W zakresie badań materii miękkiej rozwinąłem m.in. badania struktury i dynamiki molekularnej w polimerach, w surfaktantach, w koloidach, w żelach i mikrożelach, w nanokompozytach.

Inny obszar zainteresowań – to badania nanokompozytów bazujących na montmorylonicie oraz zachowanie się układów niskomolekularnych oraz makromolekularnych w ograniczonych objętościach o wymiarach nanoskopowych. Układy makromolekularne stanowią kolejny obszar zainteresowań naukowych. Badania te dotyczą struktury i dynamiki molekularnej mikrożeli polimerowych, polimerów amorficznych i elastomerów, kopolimerów i ich mieszanin, żelowania biopolimerów. Proces przejścia zol-żel w układach biopolimerów ma ogromne znaczenie nie tylko dla fizyki i chemii, ale także dla tych nauk, które wykorzystują wyniki badań podstawowych do zastosowań praktycznych, w szczególności takich jak medycyna, farmacja i technologia żywności. Rozwijane są także badania związane z mikroobrazowaniem NMR układów biologicznych m. in. króliczych stawów kolanowych poddanych uszkodzeniom mechanicznym i śledzeniem procesu leczenia wywołanego wszczepionymi implantami polimerowymi.

 W roku 2006 prof. S. Jurga zainicjował powołanie Seminarium NanoBioMedycznego, które zostało przekształcone w Międzyuczelniane Centrum NanoBioMedyczne – prowadzone przez konsorcjum poznańskich uczelni wyższych: Uniwersytet Adama Mickiewicza Uniwersytet Medyczny, Politechnikę Poznańską i Uniwersytetu Przyrodniczego. Celem Centrum jest prowadzenia interdyscyplinarnego kształcenia studentów studiów magisterskich i doktorantów w zakresie zastosowań nanotechnologii do biologii i medycyny. 

Prof. S. Jurga powadzi także szeroką działalność w zakresie organizacji badań i szkolnictwa wyższego w Polsce i zagranicą. W latach 1987-1990 był prodziekanem ds. studenckich na Wydziale Matematyki i Fizyki, a w okresie 1990-1996 prorektorem. W latach 1996-2002 pełnił funkcję rektora UAM. W kadencji 1999-2002 został wybrany na przewodniczącego Konferencji Rektorów Uniwersytetów Polskich i wiceprzewodniczącego Konferencji Akademickich Szkół Polskich. Był jednym z inicjatorów powołania Uniwersyteckiej Komisji Akredytacyjnej i Konferencji Rektorów Akademickich Szkół Polskich, a także inicjatorem powołania programu wymiany studentów pomiędzy polskimi uniwersytetami, tzw. systemu MOST, powołania komisji programów międzynarodowych i komisji ds. informatyzacji. W latach 2002-2005 pełnił funkcję przewodniczącego Komisji Akredytacyjnej KRASP. Od listopada 2005 r. do grudnia 2007 r. pełnił funkcję Podsekretarza i Sekretarza Stanu w Ministerstwie Nauki Szkolnictwa Wyższego i był odpowiedzialny za szkolnictwo wyższe w Polsce. Od roku 2004 jest przewodniczącym Komitetu Sterującego Programu Stypendialnego Unii Europejskiej o nazwie „AlBan” (w wysokości około 100 mln Euro) adresowanego do studentów i doktorantów krajów Ameryki Łacińskiej, odbywających studia i staże naukowe w krajach Unii Europejskiej. W latach 2006-2007 przewodniczył m. in. Zarządowi Stypendiów Fulbrighta w Polsce.

Był pomysłodawcą międzynarodowego festiwalu chórów studenckich Universitas Cantat, Dni Nauki i Sztuki, Targów Edukacyjnych, spotkań artystycznych z cyklu Verba Sacra „Wielka Klasyka”, Dni Sportu UAM corocznie organizowanych w Poznaniu. Jest harcmistrzem Związku Harcerstwa Polskiego, współinicjatorem Spotkań Młodzieżowych „Lednica 2000” organizowanych przez Ojca dr. Jana Górę nad Jeziorem Lednickim. Jest odznaczony m.in. Krzyżem Komandorskim Orderu Odrodzenia Polski.