Projekt współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz z budżetu samorządu województwa łódzkiego.

Fundusze Europejskie dla rozwoju regionu łódzkiego

– naukowcy dla przedsiębiorców

Łódzkie intelektualne

Łódź 2014

Łódzkie intelektualne –naukowcy dla przedsiębiorców

2

Spis treści

SŁOWO WSTĘPNE MARSZAŁKA WOJEWódZTWA ŁódZKIEGO 4

WSTĘP 5

NATAlIA SZubSKA-WŁOdARcZyK, MAŁGORZATA buRchARd-dZIubIńSKAAnaliza możliwości zaangażowania obszarów wiejskich w rozwój energetyki odnawialnej w województwie łódzkim — szacunek produkcji biomasy rolnej w gospodarstwach rolnych 7

ANNA lASKOWSKA, MARIAN ZAbORSKINanokompozyty elastomerowe o podwyższonych parametrach użytkowych zawierające napełniacze warstwowe 12

SZyMON SZufAToryfikacja biomasy 16

JuSTyNA KOMASA, PIOTR ulAńSKITermoczułe rusztowania do hodowli komórek skóry przeznaczone do leczenia przewlekłych ran i oparzeń 22

MARcIN WŁOdARcZyK, WIESŁAWA RudNIcKAWykorzystanie uzyskanych nowatorskich wyników badań własnych w podjęciu próby ograniczenia zachorowalności na gruźlicę w regionie łódzkim, charakteryzującym się najwyższym w Polsce współczynnikiem występowania tej choroby 26

3

JuSTyNA chAŁubIńSKA-fENdlER, JAcEK fIJuThRóżnicowanie niepożądanych reakcji po napromieniowaniu za pomocą markerów molekularnych — Bio-bank materiału biologicznego, danych klinicznych i epidemiologicznych chorych poddanych radioterapii z powodu raka stercza 31

PRZEMySŁAW SKWIERcZyńSKI, PIOTR NIEdZIElSKIWytwarzanie nanostrukturalnych warstw C/Hap hybrydową metodą plazmową RF PACVD MS dla potrzeb medycyny 36

KAROlINA SMĘTKIEWIcZ, ElżbIETA SZKuRŁATŚwiadomość społeczna wykorzystywania wód geotermalnych w województwie łódzkim i landzie Styria 45

TOMASZ JAKubIEcRola samorządów terytorialnych w kreowaniu rynku zielonych zamówień publicznych na podstawie doświadczeń regionu łódzkiego i wybranych regionów europejskich 51

AGNIESZKA AdAMuS, PIOTR ulAńSKIWpływ promieniowania jonizującego na właściwości biologiczne biomateriałów wytworzonych z kopolimerów na bazie węglanu trimetylenu i kwasu mlekowego 55

RAfAŁ JAchOWIcZ, dOMINIK SANKOWSKIZastosowanie algorytmów opartych na rachunku różniczkowym niecałkowitego rzędu do wyznaczania ścieżki ruchu platformy mobilnej 59

4

Szanowni Państwo,

Z dużą przyjemnością oddaję w Państwa ręce publikację prezentującą dokonania naukowców z  łódzkich uczelni. Województwo Łódzkie to prężnie działający ośrodek akademicki i naukowy, liczący się w kraju i za granicą. Region ten stwarza młodym ludziom znakomite warunki do zdobycia wykształcenia, wszechstronnego rozwoju intelektualnego i kulturalnego.

Jednym z głównych wyzwań przed którymi stoi polityka regionalna województwa, warunkującym poprawę konkurencyjności regionu jest efektywne wykorzystanie potencjału akademickiego oraz poprawa współpracy sektora naukowo-badawczego z gospodarką. Niniejsza publikacja ma na celu powiązanie świata łódzkiej nauki ze światem gospodarki. Dzięki temu młodzi naukowcy z łódzkich uczelni spotkają się z przyjaznym zapleczem oraz wieloma możliwościami wprowadzania swoich badań w życie. Natomiast łódzcy przedsiębiorcy poznają środowisko badań uczelni i  uzyskają szeroki wachlarz innowacyjnych pomysłów do wykorzystania w różnych dziedzinach gospodarczych.

Obszary przedstawione w  publikacji dotyczą badań 11 laureatów stypendiów naukowych Marszałka Województwa Łódzkiego dla wybitnych młodych naukowców w  2013 roku oraz badań ich promotorów. Przedstawiają szkolnictwo wyższe i  sektor badawczy w województwie.

Zachęcam do lektury!

Marszałek Województwa Łódzkiego

5

Przedmiotem projektu pn.: „Łódzkie intelektualne – II edycja” jest kontynuacja promocji marki regionalnej Łódzkie intelektualne z ukierunkowaniem na promocję potencjału środowiska naukowo-badawczego łódzkich uczelni wyższych, jak również promowanie województwa jako prężnie działającego ośrodka naukowo-akademickiego, wspierającego swoich najzdolniejszych mieszkańców poprzez system stypendiów i konkursów. Projekt „Łódzkie intelektualne – II edycja” jest współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Całkowita wartość projektu wynosi 888 000,00 zł, natomiast dofinansowanie w ra-mach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Łódzkiego to kwota 470 050,00 zł.

Projekt wpływa na podniesienie atrakcyjności regionu poprzez unikatowość promowa-nej marki. Realizacja działań mających na celu rozpropagowanie marki Łódzkie intelektualne przyczyni się do poprawy wizerunku województwa na tle całego kraju. Adresatami projektu są: potencjalni studenci, studenci uczelni wyższych, przedstawiciele środowisk naukowych, przed-siębiorcy, jednostki samorządowe, mieszkańcy województwa łódzkiego i całego kraju.

Założenia projektu realizowane są m.in. poprzez przyznawanie stypendiów naukowych i artystycznych dla uczniów i studentów. Program stypendialny wspiera również młodych, łódz-kich naukowców, prowadzących projekty naukowo-badawcze przyczyniające się do rozwoju regionu. Marszałek Województwa Łódzkiego nagradza także laureatów konkursu za najlepsze rozprawy habilitacyjne i doktorskie oraz prace magisterskie i dyplomowe tematycznie związane z województwem łódzkim, promujące region oraz wykazujące użyteczność dla jego rozwoju społecznego, gospodarczego lub kulturalnego.

Łódzkie intelektualne to również wyróżnianie przedsiębiorców, którzy najefektywniej wy-korzystują potencjał łódzkich naukowców. Statuetki Marszałka Województwa Łódzkiego to jedno z narzędzi mających na celu promocję wspólnych projektów sfery nauki i biznesu oraz upo-wszechnianie marki „Łódzkie intelektualne” wśród mieszkańców województwa i kraju.

Dalsze upowszechnianie marki wpisuje się w proces budowania tożsamości regionu i ma za zadanie pokazać, że w województwie łódzkim warto studiować, warto pracować i inwestować.

6

Łódzkie – akademickie centrum Polski

Oferujemy:Stypendia naukowe Marszałka Województwa Łódzkiego:

u skierowanedouczniówi studentówz terenuwojewództwałódzkiego,osiągającychznaczącesukcesyw różnychdziedzinachnauki

u możliwośćuzyskaniadofinansowanianadalszyrozwójnaukowyw kwociedo10 tys. zł

Stypendia artystyczne Marszałka Województwa Łódzkiego:

u skierowanedouczniówi studentówszkółartystycznychz terenuwojewództwałódzkiegou możliwośćuzyskaniadofinansowaniaw kwociedo10tys.złnadalszyrozwójkarieryartystyczneju stypendiumw kategorii„młodytwórca”przyznawanenarealizacjęprojektuartystycznegow kwociedo17tys.zł

Stypendia naukowe Marszałka Województwa Łódzkiego dla wybitnych młodych naukowców:

u skierowanedodoktorantów,zgłoszonychdokonkursuprzezuczelniez terenuwojewództwałódzkiego

u możliwośćdofinansowaniaw kwociedo20tys.złnarealizacjęprojektunaukowo–badawczego

Konkurs o nagrody Marszałka Województwa Łódzkiego za najlepsze rozprawy habilitacyjne i doktorskie oraz prace magisterskie i dyplomowe tematycznie związane z województwem łódzkim lub promujące region

7

natalia szubska-włodarczykAnAlizA MożliWości zAAngAżoWAniA obszAróW Wiejskich W rozWój energetyki odnAWiAlnej W WojeWództWie ŁódzkiM — szAcunek produkcji bioMAsy rolnej W gospodArstWAch rolnych — uniWersytet Łódzki

ROZWÓJ RYNKÓW BIOMASY ROLNEJ W WOJEWÓDZTWIE ŁÓDZKIMRealizowany pod moim kierownictwem naukowym przez panią mgr Natalię Szubską-Wło-

darczyk projekt badawczy poświęcony możliwości wykorzystania wytwarzanej w województwie łódzkim biomasy rolnej na cele energetyczne dotyczy zagadnienia niezwykle aktualnego zarówno z politycznego, jak i gospodarczego punktu widzenia. Jak powszechnie wiadomo pakiet klima-tyczno – energetyczny Unii Europejskiej nakłada na wszystkie kraje członkowskie zobowiązania związane z redukcją emisji gazów cieplarnianych, podnoszeniem efektywności wykorzystania energii i wzrostem znaczenia odnawialnych jej źródeł (OZE). Biomasa rolna jest realnie istnieją-cym, a przy tym jednym z najbardziej powszechnie dostępnych źródeł energii, świetnie nadają-cym się do zastosowania w systemie energetyki rozproszonej. Szersze wykorzystanie biomasy może wydatnie przyczynić się do sprostania przez Polskę wymogom UE w zakresie udziału energii z OZE i rozwoju gospodarki niskoemisyjnej. Jest jednocześnie źródłem w Polsce wciąż niedocenianym i niedostatecznie wykorzystywanym. Dlatego w projekcie badawczym uwagę poświęcono przede wszystkim zagadnieniom związanym z tworzeniem lokalnych rynków bioma-sy rolnej. Choć potencjał energetyczny biomasy został już wielokrotnie oszacowany w różnych opracowaniach naukowych, jak dotąd nie udało się zbudować efektywnie działających rynków, na których biomasa rolna (słoma, obornik, gnojowica, rośliny energetyczne i inne pozostałości z przetwórstwa rolno-spożywczego) pojawiłaby się jako towar będący przedmiotem obopólnie korzystnych transakcji kupna – sprzedaży, gdzie po stronie podaży znajdują się rozproszeni producenci rolni, a po stronie popytu właściciele kotłowni, biogazowni i producenci biopaliw.

8

bIOMASA ROlNA JAKO SZANSA ROZWOJu PRZEdSIĘbIORcZOŚcI W WOJEWódZTWIE ŁódZKIM

Projekt badawczy pt.: „Analiza moż-liwości zaangażowania obszarów wiej-skich w rozwój energetyki odnawialnej w województwie łódzkim – szacunek pro-dukcji biomasy rolnej w gospodarstwach rolnych” obejmuje kluczowe zagadnienia dotyczące wyzwań, jakie stawia Unia Eu-ropejska wobec krajów członkowskich. Nawiązuje do zadań sformułowanych w Strategii Europa 2020, jak również po-lityce energetycznej i klimatycznej UE. Ma służyć rozpoznaniu możliwości wo-jewództwa łódzkiego w realizacji takich celów jak inteligentny, zrównoważony

Uprawa wierzby energetycznej

Specyfiką tego typu rynków jest ich lokalny charakter, gdyż zarówno z ekonomicznego, jak i eko-logicznego punktu widzenia transport biomasy rolnej na odległość ponad 50 km jest bezzasadny. Część poznawcza projektu ma celu identyfikację barier utrudniających rozwój rynków biomasy rolnej w województwie łódzkim, zaś część aplikacyjna będzie zawierać rekomendacje odnośnie do usytuowania na terenie województwa obiektów będących dużymi odbiorcami biomasy rolnej, z uwzględnieniem specyfiki produkcji na danym terenie. Zoptymalizowanie przepływów biomasy od producentów do odbiorców pozwoli osiągnąć dodatkowe korzyści związane z tworzeniem nowych miejsc pracy i nowych źródeł dochodów na obszarach wiejskich. Pozwoli także na upowszechnienie nowatorskich technologii związanych z OZE.dr hab. Małgorzata burchard-dziubińSka, prof. nadzw. uniwerSytetu łódzkiego

9

rozwój zapobiegający wykluczeniu spo-łecznemu poprzez wzrost wykorzystania eko-innowacji, rozwój odnawialnych źró-deł energii, poprawy efektywności ener-getycznej, efektywnego gospodarowania zasobami naturalnymi.

uWARuNKOWANIA POSZuKIWANIA NOWych ROZWIĄZAń

W Polsce wyraźnie widoczna jest potrzeba aktywizacji regionów w zakre-sie rozwoju zrównoważonej energetyki. W praktyce będzie to wiązać się z prze-jęciem części odpowiedzialności za wdra-żanie wymogów Unii Europejskiej w za-kresie polityki energetycznej przez jed-nostki samorządów terytorialnych. Służyć to będzie zwiększaniu bezpieczeństwa energetycznego poprzez wspieranie ener-getyki rozproszonej. Osiągnięcie wysokiej pozycji konkurencyjnej przez rolnictwo województwa łódzkiego jest możliwe, po-mimo kilku czynników utrudniających ten proces. Do najważniejszych z nich nale-żą: niska jakość gleb, okresowe zagroże-nia deficytem wody, rozdrobnienie struk-tury agrarnej oraz niska produktywność, co się przekłada na niewielkie możliwości wzrostu dochodów gospodarstw rolnych. Biorąc pod uwagę znaczne środki finan-

sowe z budżetu Unii Europejskiej przezna-czone na rozwój konkurencyjnych, nisko-emisyjnych gospodarek, (w nowym pro-gramie Horyzont 2020 przeznaczono ten cel 359 mln €), pozytywnie należy ocenić szanse regionu łódzkiego w zakresie ich wykorzystania.

bIOMASA ROlNA JAKO POTENcJAlNE ŹRódŁO SuKcESu

Nieużytki rolne stanowiące potencjalne źródło biomasy rolnej

10

Istnieje realna możliwość wzrostu wie-lofunkcyjności oraz zróżnicowania źródeł dochodów gospodarstw rolnych poprzez wykorzystanie pozostałości produkcji rol-nej, jak również poprzez zwiększenie are-ału upraw roślin energetycznych. Działa-nia te mogą wywrzeć pozytywny wpływ na rozwój obszarów wiejskich także dzię-ki kreacji nowych, zielonych miejsc pracy.

W województwie łódzkim istnieje znaczny potencjał produkcji energii za-równo z odpadów produkcji rolnej np.

słomy, obornika, gnojowicy, jak również z upraw roślin energetycznych. Na pod-stawie danych z 2011 r. oszacowano, że teoretycznie można byłoby pozyskać ok. 33,5 PJ energii ze słomy zbóż jarych, 38 PJ ze słomy zbóż ozimych, 0,48 PJ ze słomy rzepaku, 8,19 PJ energii z bioga-zu z obornika i gnojowicy. W przypadku upraw roślin energetycznych, biorąc pod uwagę uwarunkowania agrotechniczne ich uprawy, przyjęto założenie przezna-czenia na ten cel ewidencjonowanych nieużytków rolnych. Oszacowany poten-

ROŚLINY ENERGETYCZNE

BIOGAZ DRÓB

BIOGAZ BYDLŁO

BIOGAZ TRZODA

RZEPAK

ZBOŻA JARE

ZBOŻA OZIME

100.00%

90,00%

80,00%

70,00%

60,00%

50,00%

40,00%

30,00%

20,00%

10,00%

0,00%POLSKA ŁÓDZKIE

Udział poszczególnych rodzajów biomasy rolnej w ogóle potencjału teoretycznego (dane z oszacowania)

11

cjał wynosiłby odpowiednio: 11,9 PJ ener-gii z uprawy ślazowca pensylwańskiego, lub 19,6 PJ energii z upraw miskanta, lub około 0,22 PJ z upraw wierzby energe-tycznej.

KORZyŚcI Z REAlIZAcJI PROJEKTu bAdAWcZEGO

Realizacja projektu badawczego do-tyczącego możliwości wykorzystania biomasy rolnej w województwie łódzkim potwierdziła istnienie znacznego poten-cjału energetycznego zarówno w trady-cyjnie prowadzonej produkcji roślinnej i zwierzęcej, jak i poprzez wzrost zago-spodarowania nieużytków pod produkcję odpowiednio dobranych roślin energe-tycznych. Oznacza to, że istnieje realna możliwość rozwoju lokalnych rynków bio-masy z przeznaczeniem jej na produkcję energii cieplnej i elektrycznej oraz biopa-liw. Specyfika tych rynków polega na ich lokalnym charakterze wynikającym z nieopłacalności transportu biomasy na dalekie odległości. Związane jest to z ne-gatywnym oddziaływaniem na środowi-sko przyrodnicze w sytuacji, kiedy emi-sje podczas transportu przewyższałyby korzyści związane z produkcją zielonej

energii. Dlatego rekomenduje się rozwój energetyki rozproszonej, która pozwala na bardziej efektywne zagospodaro-wanie lokalnych surowców. Osiągnięcie postępu w tej dziedzinie wymaga jed-nak rozszerzenia doradztwa w zakresie dopasowania możliwości rozwoju ener-getycznego wykorzystania biomasy do specyfiki poszczególnych obszarów (gmin i powiatów), jak i wsparcia finan-sowego, bez którego dalszy dynamiczny rozwój rynków biomasy rolnej wydaje się być niemożliwy. Istotna rola do odegrania w tym zakresie przypada władzom woje-wódzkim i lokalnym, które są podmiotem odpowiedzialnym za prowadzenie zrów-noważonej energetyki na swoim terenie. Wyniki przeprowadzonych badań wska-zują na duże możliwości rozwoju przed-siębiorczości na obszarach wiejskich po-przez wsparcie działalności pozarolniczej oraz tworzenie klastrów, sieci badawczo – rozwojowych i nowej współpracy po-między firmami. W połączeniu z poten-cjałem naukowo – badawczym stwarza to realne szanse uczynienia z wojewódz-twa łódzkiego lidera w zakresie rozwoju i wdrażania innowacyjnych rozwiązań or-ganizacyjnych i technicznych w aspekcie wykorzystania biomasy rolnej.

12

ANNA lASKOWSKA, MARIAN ZAbORSKInAnokoMpozyty elAstoMeroWe o podWyższonych pArAMetrAch użytkoWych zAWierAjące nApeŁniAcze WArstWoWe — politechnikA ŁódzkA

Opracowanie receptury i technologicznego procesu wytwarzania kompozytów elastomero-wych zawierających nanonapełniacze warstwowe umożliwia produkcję wyrobów gumowych charakteryzujących się nie tylko podwyższonymi parametrami mechanicznymi, lecz również znacznie ograniczoną przepuszczalnością gazów, zwiększoną stabilnością termiczną i odpor-nością na rozpuszczalniki organiczne. Powyższe właściwości materiałów elastomerowych są niewątpliwie bardzo oczekiwane w wielu gałęziach przemysłu, jak na przykład w przemyśle samochodowym przy wytwarzaniu nieprzepuszczalnych opon, elastycznych przewodów pali-wowych. W odróżnieniu od tradycyjnych napełniaczy stosowanych w technologii elastomerów, napełniacze warstwowe wpływają na właściwości użytkowe i barierowe otrzymanych pro-duktów już przy niewielkich stopniach napełnienia. Minerały płytkowe występują powszech-nie w środowisku naturalnym, są łatwo dostępne i tanie w eksploatacji, dzięki czemu ich aplikacja w kompozytach elastomerowych w skali wielkotonażowej jest korzystna zarówno z ekologicznego jak i ekonomicznego punktu widzenia. Jednakże zastosowanie mineralnych nanonapełniaczy płytkowych w procesach przetwórczych elastomerów wciąż stanowi problem technologiczny z powodu słabych oddziaływań między komponentami, dlatego też skala ich praktycznego wykorzystania w przemyśle elastomerów jest niewielka. Pokonanie tych trudności podejmuje się dzięki zastosowaniu odpowiednich substancji dyspergujących, działających na granicy faz napełniacz-polimer (poprawiających stopnień jednorodności kompozytów) oraz przez określenie optymalnych warunków procesu technologicznego otrzymywania kompozy-towych materiałów elastomerowych zawierających mineralne napełniacze warstwowe. Inten-sywne badania w tej dziedzinie mogłyby doprowadzić do otrzymania tzw. „zielonych opon” tj. bardziej proekologicznych oraz kolorowych. Wiele wyników prac naukowo-badawczych, które niosą ze sobą tak jak w tym przypadku korzyści ekologiczne, ekonomiczne oraz użytkowe, jest sukcesywnie wdrażanych przez producentów wyrobów gumowych. prof. dr hab. inż. Marian zaborSki

13

Rola napełniaczy w kompozytach elastomerowych

Elastomery należą do grupy materia-łów wielkocząsteczkowych, które wyma-gają stosowania napełniaczy w celu po-prawy właściwości eksploatacyjnych wyrobów finalnych oraz w celu obniże-nia kosztów ich produkcji. Obecnie naj-powszechniej stosowanym w przemyśle oponiarskim napełniaczem aktywnym, tj. wzmacniającym właściwości fizyczne kompozytów gumowych, jest sadza. Ma ona jednak pewne wady, do których za-licza się przede wszystkim jej petroche-miczne pochodzenie, wysoką energo-chłonność procesu wytwarzania sadzy oraz brak możliwości barwienia wyro-bów, ze względu na czarny kolor sadzy.

Mineralne napełniacze warstwowe

Naturalne minerały warstwowe (Rysu-nek 1.) stanowią obiecującą alternatywę dla powszechnie stosowanych w prze-myśle gumowym sadz i krzemionek. Ze względu na nanometryczną budowę warstw (cząstki o wymiarach w skali na-nometrów 10-9 m), płytkowy kształt czą-stek oraz nieorganiczne pochodzenie

c

b

a

Rysunek 1. Zdjęcia elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) mikrostruktury napełniaczy warstwowych stosowanych w kompozytach elastomerowych: (a) podwójne wodorotlenki warstwowe LDH, (b) hydrotalkit, (c) hektoryt.

14

od napełniaczy warstwowych oczekuje się wpływu nie tylko na poprawę para-metrów mechanicznych, ale również ograniczenia przepuszczalności ga-zów (poprawy właściwości barierowych Rysunek 2.) i zwiększenia stabilności termicznej i chemicznej kompozytów elastomerowych, co stanowi niewątpliwą zaletę tych materiałów. Kompozyty ela-stomerowe charakteryzujące się wymie-nionymi właściwościami są oczekiwane w wielu gałęziach przemysłu, zwłaszcza w przemyśle motoryzacyjnym.

Wpływ stopnia dyspersji napełniacza na właściwości kompozytów polimerowych

Nanokompozyty polimerowe stanowią obecnie nowy, dynamiczny kierunek roz-woju w przemyśle tworzyw sztucznych. W nanokompozytach polimerowych fazę ciągłą stanowi polimer, natomiast napeł-niacz o wymiarach cząstek od 1 do 100 nm powinien być w niej jednorodnie zdyspergowany, wówczas już niewiel-ka jego ilość (5% wag.) w zasadniczy sposób poprawia szereg właściwości wyjściowego polimeru np. parametry mechaniczne, barierowe, cieplne. Na poprawę parametrów eksploatacyjnych elastomerów ma wpływ również rodzaj

napełniacza (kształt cząstek, rozmiar cząstek, powierzchnia właściwa, stęże-nie fazy rozproszonej), nie mniej jednak właściwości finalne kompozytu zawsze zależą od stopnia rozproszenia napełnia-cza (dyspersji) w ośrodku elastomerowym i oddziaływań zachodzących na grani-cy faz pomiędzy komponentami (na-pełniacz - elastomer). Istotną wadą nano-napełniaczy o strukturze warstwowej jest ich tendencja do tworzenia agregatów i aglomeratów (dużych skupisk cząstek) w ośrodku polimerowym, co niekorzystnie wpływa na parametry eksploatacyjne wy-robu końcowego.

problem technologiczny

Wiele uwagi poświęca się opraco-wywaniu rozwiązań otrzymywania kom-pozytów o homogenicznej strukturze, w której cząstki napełniacza zostają rów-nomiernie rozprowadzone w całej objęto-ści ośrodka zapewniając jednorodność właściwości oraz maksymalne wykorzy-stanie wzmacniającego potencjału fazy rozproszonej. Aplikacja nanonapełniaczy w procesach przetwórczych elastomerów wciąż stanowi duże wyzwanie technolo-giczne z powodu trudności związanych z otrzymaniem kompozytów o jedno-rodnej mikrostrukturze i powtarzalnych

15

właściwościach fizykochemicznych, dlatego też nie są one praktycznie sto-sowane w przemyśle elastomerów. Jed-nym z proponowanych rozwiązań tego problemu jest zastosowanie środków poprawiających dyspersję napełnia-cza oraz dobór optymalnych parame-trów procesu wytwarzania materiałów kompozytowych zawierających mineral-ne napełniacze warstwowe (temperatura i czas procesu homogenizacji, siły ści-nające, temperatura i czas wulkanizacji, sieciowania). Związki organiczne stoso-wane do poprawy stopnia dyspersji mają właściwości surfaktantów, czyli środków

powierzchniowo czynnych, wykazujących powinowactwo zarówno do nieorganicz-nego hydrofilowego napełniacza jak i or-ganicznego, hydrofobowego ośrodka polimerowego. Ich zadaniem jest zwięk-szyć oddziaływania na granicy elastomer-napełniacz i ograniczyć tendencję do występowania agregatów, dzięki czemu otrzymuje się materiały kompozytowe o korzystniejszych parametrach mecha-nicznych. Ponadto, tego typu związki mogą działać również jako plastyfika-tory, środki poprawiające właściwości przetwórcze mieszanek gumowych.

FILM

GasRysunek 2. Poglądowy schemat ograniczenia dyfuzji cząsteczek gazu przez płytkowe cząstki napełniacza zdyspergowane w ośrodku polimerowym.

16

SZyMON SZufAtoryfikAcjA bioMAsy – politechnikA ŁódzkA

1.Proces toryfikacji

Temat prac badawczych jest związa-ny z nową techniką przetwarzania bioma-sy na paliwo o lepszych właściwościach fizyko-chemicznych dla zastosowania w dużej energetyce zawodowej i rozpro-szonej. Nowoczesny proces konwersji biomasy w biowęgiel noszący nazwę toryfikacja (z francuskiego słowa torre-facion – prażenie) wywodzi się z proce-su prażenia ziaren kawy i jest znany od 90 lat jako proces prażenia kawy w celu uzyskania odpowiedniej kruchości oraz specyficznego zapachu kawy. Na cele energetyki toryfikacja została poddana badaniom w roku 1998 w Holenderskim Instytucie Energii (Energy Research Cen-ter of Netherlands – Petten). Proces tory-fikacji polega na termiczno-chemicznej degradacji cząstek biomasy w temp. 200÷3000C w atmosferze gazu inertne-go (azot, argon) w warunkach ciśnienia atmosferycznego. Produktem toryfikacji jest tzw. toryfikat (uwęglona biomasa lub inaczej karbonizat, biowęgiel) oraz

tzw. torgaz (para wodna, metan, węgiel, tlenek węgla, kwasy formaldehydowe). Powstały produkt posiada silną naturę hydrofobową (zniszczeniu uległy grupy –OH odpowiedzialne za chłonięcie wilgo-ci), wyższą kaloryczność w porównaniu z biomasą nieprzetworzoną, lepsza kru-chość oraz niższą biodegradowalność.

2. Toryfikacja i współspalanie biomasy z węglem

Wszystkie te nowe właściwości tory-fikatu powodują, że staje się on bardzo interesującym paliwem do wykorzystania w procesie współspalania z węglem oraz jako wstępny etap procesu gazy-fikacji biomasy (produkcja tzw. syngazu spalanego w turbinach gazowych oraz silnikach). Lepsza kruchość w porówna-niu do biomasy nieprzetworzonej obniża zużycie energii elektrycznej pobieranej przez młyny węglowe na mielenie tory-fikatu. Dodatkowo toryfikacja biomasy powoduje zwiększenie temperatury top-nienia popiołu zawartego w biomasie

17

Rysunek 1. Schemat obrazujący proces toryfikacji biomasy wraz ze wszystkimi jego etapami, urządzeniami służącymi do przeprowadzenia procesu oraz substratami i produktami procesu toryfikacji biomasy

- Kompaktowy reaktor- Niskie koszty inwesty-

cyjne- Dobra kontrola temp.- Wysoka wydajność- Różnorodność paliw

używanych w proce-sie

powietrze

torgaz

torgaz

spaliny

Toryfikat

spaliny

Biomasa

spaliny

spalanie

suszenie

Λp

Wymiana ciepła

chłodzenietoryfikacja

18

Rysunek 2. Reaktor wsadowy z czujnikami temperatury, ciśnienia służący do toryfikacji bio-masy pochodzącej z upraw celowych

co sprzyja lepszej eksploatacji kotłów, w których wykorzystuje się współspala-nie z węglem (powoduje to ograniczenie tzw. procesu szlakowania powierzchni ogrzewalnych kotłowych wymienników ciepła – inaczej mówiąc dochodzi do ograniczenia depozycji czyli osadzania popiołów na rurach z parą wodną we-wnątrz komory spalania kotła).

3.Komercjalizacja procesu toryfikacji

Proces toryfikacji wydaje się jedynym

słusznym rozwiązaniem problemów wynikających z współspalania biomasy z węglem w dużych elektrowniach i elek-trociepłowniach oraz podczas transpor-towania toryfikatu na duże odległości drogą morską (np. Kanada – Chiny, nie-potrzebne jest stosowanie specjalnych hermetycznych silosów gdyż toryfikat nie chłonie wilgoci oraz wyższa gęstość energetyczna paliwa ze względu na pod-wyższoną wartość opałową). Toryfikacja może walnie przyczynić się do znaczne-go ograniczenia zużycia paliw kopalnych oraz dużego ograniczenia emisji CO2,

19

Rysunek 3. Przykład porównania kosztów procesu toryfikacji i konwencjonalnych pelet

gdyż biomasę traktujemy jako paliwo o zerowej emisji tego związku (każda ro-ślina pochłania CO2 do procesu wzrostu w procesie fotosyntezy i taką samą ilość emituje do atmosfery w trakcie spalania). Wszystkie te istotne argumenty przema-wiają za procesem toryfikacji jako inno-wacyjną technologią, dzięki której Polska i inne kraje Europy oraz świata mogą zmniejszyć zaburzenia efektu cieplar-nianego, zwiększyć ilość miejsc pracy, pomóc w dywersyfikacji paliwa i wpły-nąć na tańszy transport paliw ze źródeł odnawialnych.

4. Sylwetka doktoranta

Szymon Szufa urodził się w 1984 roku w Niemodlinie woj. Opolskie. W roku 2008 ukończył z wyróżnieniem o specja-lizacji Energetyka z Odnawialnych Źródeł Energii na kierunku Energetyka na Wy-dziale Mechaniczno – Energetycznym Politechniki Wrocławskiej. Temat jego pracy magisterskiej o charakterze ekspe-rymentalnym brzmiał: „Charakterystyka procesu spalania pyłu węglowego w at-mosferze wzbogaconej w tlen, zapłon re-aktywność, emisyjność” przeprowadzona

20

pod opieką dr hab. inż. Haliny Pawlak-Kruczek została nagrodzona w ramach konkursu na najlepszą prace magisterską z dziedziny nowoczesnych technologii. Od roku 2009 doktorant na kierunku: „Bu-dowa i eksploatacja maszyn” w Zakładzie Techniki Cieplnej i Chłodnictwa (instytut Maszyn Przepływowych, Wydział Me-chaniczny, Politechnika Łódzka). Temat jego pracy doktorskiej brzmi: „Toryfika-cja i współspalanie biomasy. Modelowa-nie procesów”. Zakres prac badawczych to odnawialne źródła energii, konwersja paliw, spalanie i współspalanie biomasy, techniki niskoemisyjne, odzysk ciepła. Stypendysta wielu programów europej-skich: Erasmus, Leonardo da Vinci, Marie Curie; laureat konkursów o stypendia unij-ne: „Bioenergia dla regionu – Zintegro-wany Program Rozwoju Doktorantów”, „Asystent Innowacji”, „Stypendia dla naj-lepszych doktorantów z dziedziny nowo-czesnych technologii”. Liczne nagradzany przez Dziekana, Rektora za osiągnięcia naukowe, aktywnie działający w Samo-rządzie Doktorantów PŁ (vice-przewod-niczący w roku 2011-2012). Od 2012 roku kierownik grantu pt. „Termodynamiczna analiza procesu cieplno-chemicznej de-gradacji cząstek biomasy w atmosferze pozbawionej tlenu, badania nad kinetyką współspalania biomasy i nad produktami

toryfikacji biomasy” z Narodowego Cen-trum Nauki w Krakowie (Preludium II) oraz główny wykonawca grantu pt. „Intensyfi-kacja procesów wymiany ciepła w bez-pośrednim otoczeniu rurek ciepła i ich za-stosowanie w innowacyjnym wymienniku ciepła – badania przy zastosowaniu me-tody PIV” z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w Warszawie (Lider II). Krajo-wy Lider Innowacji 2012 wraz z Centrum Badań i Innowacji Pro-Akademia, ścisła współpraca z Uniwersytetem Łódzkim Wydział Biologii i Ochrony Środowiska oraz Instytutem Ogrodnictwa w Skiernie-wicach. Staże naukowe Holandii (Energy Research Center of Netherlands, Delft University of Technology, Twente Univer-sitet), Niemczech (Deutsche Forschung Biomass Zentrum, Fraunhofer Institute - Kaiserslautern, University of Leipzig), Włochy (Politechnika w Turynie). Laureat konkursu stypendialnego Marszałka Wo-jewództwa Łódzkiego dla wybitnych mło-dych naukowców. Posiadacz zgłoszenia patentowego: „Układ instalacyjny elektro-ciepłowni hybrydowej zasilanej biomasą, energią słoneczną i energią wiatrową”. Współtwórca projektu i wdrożenia obec-nie budowanej elektrociepłowni zasilanej biomasą, energią słoneczną i energią wiatru w gminie Daszyna (pow. Łęczycki woj. łódzkie).

21

5. Sylwetka promotora

Andrzej Gorczakowski urodził się w Bielsko-Białej w 1946 roku. Ukończył studia na Wydziale Mechanicznym Po-litechniki Łódzkiej w 1972 roku uzysku-jąc dyplom magistra inżyniera Mecha-nika specjalności Maszyny i Urządzenia Przemysłu Chemicznego i Spożywczego – Chłodnictwo. W tym też roku rozpoczął pracę jako pracownik naukowo-dydak-tyczny w Instytucie Techniki Cieplnej i Chłodnictwa Politechniki Łódzkiej. W la-tach 1972-1975 prowadził zajęcia w filii Politechniki Łódzkiej w Bielsku-Białej, a także odbył staże przemysłowe w Fa-bryce Automatyki Chłodniczej w Cieszy-nie oraz w Instytucie Celulozowo Papier-niczym w Łodzi. W roku 1981 obronił pracę doktorską na Wydziale Mechanicz-nym Politechniki Łódzkiej pt.: Badania wymiany ciepła przy ruchu naturalnym płynu wokół pęku rur poziomych. Andrzej Gorczakowski jest autorem i współauto-rem 17 publikacji krajowych i zagranicz-

nych oraz 27 referatów wygłoszonych na konferencjach krajowych i zagranicznych. Uczestniczył w realizacji kilkunastu prac naukowo – badawczych dla przemysłu. Był kierownikiem i głównym wykonaw-cą w projektach KBN. Od wielu lat jest członkiem Wydziałowej Komisji Praktyk oraz Pełnomocnikiem Kierownika Kate-dry Techniki Cieplnej i Chłodnictwa ds. Praktyk Specjalizacyjnych i Dyplomo-wych. W ramach działalności dydak-tycznej prowadził wykłady z przedmiotów specjalizacyjnych: Podstawowe procesy w klimatyzacji, Instalacje klimatyzacyjne, Technika grzewcza, Wentylacja przemy-słowa, Systemy i urządzenia klimatyza-cyjne, Technika cieplna. Prowadził także zajęcia laboratoryjne i prace dyplomo-we. Odbył cztery staże zagraniczne we Francji i Rosji. Za działalność naukową i dydaktyczną wyróżniony nagrodami Ministra Nauki, Szkolnictwa Wyższego i Techniki, Rektora PŁ oraz Kierownika Katedry.

22

JuSTyNA KOMASA

Jak podzielić włoS na tySiąc. nanoMateriały dla MedycynyCzy przyszłością medycyny są nanoroboty operujące wewnątrz ciała pacjenta ? Czy będziemy

konstruować mniejsze od bakterii nośniki, które dostarczą leki do określonego organu lub tkanki nowotworowej ? Czy za pomocą takich nośników będziemy potrafili dostarczać do wnętrza ko-mórek geny, tak by zmierzyć się z chorobami uwarunkowanymi genetycznie ?

Takie nadzieje niesie nam postęp nanonauki i nanotechnologii, umożliwiających wytwarzanie nanomateriałów, czyli materiałów o rozmiarach (np. średnicy lub grubości) ponad tysiąckrotnie mniejszych od grubości ludzkiego włosa. Popularne przykłady nanomateriałów to nanocząstki srebra lub kropki kwantowe. Ale nanomateriały można wytwarzać także z polimerów. Ponieważ łańcuchy polimerowe możemy kształtować w zasadzie dowolnie, podobnie do budowania roz-maitych obiektów z klocków lego, a poprzez odpowiednią budowę chemiczną możemy nadawać im różne cechy (np. zdolność wiązania się z innymi cząsteczkami albo z komórkami, zdolność do reagowania na bodźce z otoczenia), polimery są bardzo obiecującym materiałem do budowania specjalnych nanomateriałów, o z góry zaplanowanych właściwościach.

Nasz Zespół uczestniczy w badaniach nad wytwarzaniem nanomateriałów polimerowych, które w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie w medycynie. Bardzo cienkie warstwy polimeru reagującego na temperaturę znajdują zastosowanie do wytwarzania termo sterowalnych podłoży do hodowania arkuszy komórek skóry (co jest bardziej szczegółowo opisane w artykule mgr inż. Justyny Komasy). Potrafimy także budować trwałe, wypełnione wodą kłębki – nanożele – z poje-dynczych cząsteczek polimerów. Nanożele można wykorzystywać jako molekularne klatki, z któ-rych mogą uwalniać się (w odpowiednim miejscu i czasie) cząsteczki leków, albo jako nośniki fragmentów DNA w terapii genowej.

terMoczuŁe rusztoWAniA do hodoWli koMórek skóry przeznAczone do leczeniA przeWlekŁych rAn i opArzeń – politechnikA ŁódzkA

23

Badania w dziedzinie nanomateriałów i nanotechnologii, a także ich wdrażanie do praktyki przemysłowej, wymagają specjalistycznej wiedzy. Wydział Chemiczny Politechniki Łódzkiej prowa-dzi studia I i II stopnia na kierunku Nanotechnologia. Oprócz regularnych zajęć, wielu studentów rozwija swoje talenty i pasje pracując w zespołach badawczych Wydziału jako wolontariusze, uczestnicząc w zajęciach Koła Naukowego „Nano”, Letnich Szkołach Nanotechnologii, a także semestrach projektowych w innych ośrodkach badawczych, również zagranicznych, specjalizu-jących się w tej tematyce.dr hab. inż. piotr ulańSki prof. nadzw. politechniki łódzkieJ

Ratunek dla poparzonych

Jestem doktorantką na Wydziale Che-micznym Politechniki Łódzkiej. Badania do mojej pracy doktorskiej pt. „Szczepie-nie radiacyjne termoczułych polimerów na powierzchniach do hodowli komórkowych” wykonuję w Międzyresortowym Instytucie

Techniki Radiacyjnej pod kierunkiem dr hab. inż. Piotra Ulańskiego i prof. dr hab. Janusza M. Rosiaka. Na czym polega opracowana przez nasz zespół meto-da otrzymywania innowacyjnego pod-łoża do hodowli komórek skóry i w jaki sposób może ona pomóc poparzonym osobom?

Mikroskop elektronowy wykorzystywany do badań nad obiektami w mikro- i nanoskali (fot. archiwum PŁ)

Badania nad oddziaływaniem nanomateriałów z żywymi komórkami (fot. archiwum PŁ)

24

Już w trakcie studiów magisterskich bar-dzo interesowała mnie dziedzina inżynierii biomedycznej i radiacyjnej. Dlatego też wykonywana przeze mnie praca doktorska jest spełnieniem moich naukowych marzeń i pasji. W swojej pracy łączę i wykorzystuję wiele obszarów wiedzy, m.in. chemię, bio-logię oraz medycynę, a więc nauki doty-czące zdrowia i życia każdego człowieka. Zespół, w którym mam przyjemność pro-wadzić badania od 2008 r., już od dawna zajmuje się wytwarzaniem biomateriałów do leczenia ran i oparzeń. To właśnie tutaj zostały opracowane i opatentowane opa-trunki hydrożelowe, które są produkowane przez firmę Kikgel (znajdującą się na te-renie województwa łódzkiego) i dostępne w każdej polskiej aptece.

Oparzenia to jedne z najbardziej dramatycznych urazów, które mogą dotknąć człowieka. Skóra to przecież narząd o największej powierzchni w ludz-kim organizmie, który ma istotne znacze-nie jako zewnętrzna warstwa izolująca i ochronna. W przypadku głębokich i roz-ległych uszkodzeń wymagane jest lecze-nie chirurgiczne, a rozwiązaniem mającym największe szanse na powodzenie jest przeszczep autogeniczny, czyli wykorzy-stanie własnej skóry pacjenta. Nieste-ty bardzo często zdarza się, że brakuje

zdrowych miejsc, skąd można pobrać skórę. Istnieje wtedy konieczność wyho-dowania dużego arkusza komórek skóry z niewielkiej liczby komórek skóry pobra-nych od pacjenta. Takie arkusze hoduje się aktualnie na podłożach ze „zwykłych” polimerów. Poważnym problemem jest odseparowanie bardzo delikatnego ar-kusza komórek skóry od podłoża, na którym ten arkusz został wyhodowa-ny. Można dokonywać oklejania za po-mocą specjalnych substancji, np. enzy-mów, lub próbować oddzielać ten arkusz mechanicznie poprzez zeskrobywanie z powierzchni hodowlanej, ale najczęściej prowadzi to do jego uszkodzenia. Najlep-szym rozwiązaniem byłoby „inteligent-ne” podłoże, od którego wyhodowany arkusz komórek oddzielałby się sam w odpowiednim, wybranym przez leka-rza momencie. I dlatego właśnie, celem mojej pracy jest opracowanie takiego „magicznego” podłoża.

Opracowując takie podłoże, w mo-ich badaniach wykorzystuję polimery termoczułe, czyli materiały reagujące na zmianę temperatury. W mojej pracy wyko-rzystuję takie materiały, które w tempera-turze hodowli komórek skóry, czyli w 37°C, wykazują charakter hydrofobowy, czyli nie chłoną wody, zachowują się jak twarde

25

i suche ciało stałe. W takich warunkach komórki chętnie przylegają do podłoża i rosną aż do wytworzenia pełnego arku-sza. Obniżenie temperatury do ok. 200C powoduje, że podłoże zmienia swój cha-rakter i staje się hydrofilowe, czyli „mokre” i śliskie, dzięki czemu powstały arkusz komórek samoczynnie się od niego od-kleja, bez naruszenia swojej integralności. Schemat działania takiego termoczułego podłoża pokazano na rysunku.

uzyskanie termoczułych podłoży do hodowli komórek skóry jest praktycz-nym osiągnięciem dedykowanym oso-bom z ciężkimi poparzeniami i ubytka-mi skórnymi. Opracowane rusztowania o właściwościach termoprzełączalnych mają bardzo istotne znaczenie, bowiem znacznie ułatwią hodowlę komórek skó-ry oraz skrócą czas oczekiwania popa-rzonych pacjentów na przeszczep wła-snej tkanki.

Badania, które wykonuję, są fragmen-tem przyznanego mi w 2013 r. projektu pt.

„Termoczułe rusztowania do hodowli komó-rek skóry przeznaczone do leczenia prze-wlekłych ran i oparzeń” w ramach stypen-dium naukowego Marszałka Województwa Łódzkiego dla wybitnych młodych naukow-ców oraz dwu interdyscyplinarnych projek-tów naukowych, zakończonego już projek-tu pt. „Termosterowalne polimery biozgodne jako zamienniki skóry do leczenia oparzeń i ran” (DERMOSTIM, POIG) współfinanso-wanego ze środków Unii Europejskiej oraz aktualnie trwającego projektu pt. „Nośniki polimerowe do termicznie kontrolowanego wytwarzania i oddzielania arkuszy komórek skóry i nabłonka” (POLYCELL) współfinan-sowanego ze środków Narodowego Cen-trum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych. W projektach tych uczestniczą znaczące ośrodki badawcze: Centrum Materiałów Polimerowych i Wę-glowych PAN w Zabrzu, Śląski Uniwersy-tet Medyczny w Katowicach, jak również przyszły główny odbiorca wytwarzanych podłoży – Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich.

26

WykorzystAnie uzyskAnych noWAtorskich WynikóW bAdAń WŁAsnych W podjęciu próby ogrAniczeniA zAchoroWAlności nA gruźlicę W regionie ŁódzkiM, chArAkteryzującyM się nAjWyższyM W polsce WspóŁczynnikieM WystępoWAniA tej choroby – uniWersytet Łódzki

MARcIN WŁOdARcZyK

czy grozi naM powrót nieuleczalneJ gruźlicy i czy MożeMy teMu zapo-biegać?

Tło historyczneGruźlica towarzyszy człowiekowi od tysiącleci. Rewolucji przemysłowej w wieku XVIII/XIX to-

warzyszył dramatyczny wzrost umieralności z powodu gruźlicy. W tym czasie powstała również włókiennicza Łódź. Odkrycie prątka gruźlicy przez Roberta Kocha (1882 r.), opracowanie w 1921 r. szczepionki przeciwgruźliczej BCG (Bacille Calmette – Guérin), odkrycie streptomycyny (Sel-man Waksman, 1944r.), a później izoniazydu, pyrazynamidu, etambutolu i ryfampicyny umożliwiły zapobieganie i leczenie gruźlicy. Sukces okazał się krótkotrwały.

Dzisiejsze wyzwaniaRocznie około 10 milionów ludzi zapada na aktywną gruźlicę a 2 miliony umiera z powodu tej

choroby. Podtrzymując tradycje łódzkiej szkoły mikrobiologicznej, Katedra Immunologii i Biologii Infekcyjnej Uniwersytetu Łódzkiego realizuje innowacyjne badania, których celem ogólnym jest ochrona ludzi przed gruźlicą. Realizując ten cel wyznaczyliśmy nowy wskaźnik aktywnej gruźlicy jakim jest współwystępujące nasilenie ekspresji receptorów mCD14 i LFA-1 na monocytach krwi, który może przyśpieszyć i zmniejszyć zawodność klasycznych postępowań diagnostycznych1, umożliwiając szybkie leczenie chorych i przerywanie zakażania innych, które bywa tak skutecz-ne, że jeden nieleczony chory na gruźlicę zakaża 15 osób rocznie. Współpracując z badaczami z Uniwersytetu w Teksasie (USA) wskazaliśmy nowe szlaki molekularne, które umożliwiają prąt-

27

kom gruźlicy rozwój w makrofagach, a które mogą być docelowe dla nowych leków przeciwprątkowych, bez których gruźlica staje się chorobą nieuleczalną2. Ostatnim lekiem wprowadzonym do terapii gruźlicy w 1962 r. była ryfampicyna. Brak nowych leków i nieprawidłowe stosowanie posiadanych spowodował drama-tyczny wzrost przypadków (600 000 rocznie) gruźlicy wywoływa-nej przez prątki oporne na ryfampicynę i izoniazyd. Leczenie tych chorych jest często zawodne i drogie, zatem połowa pacjentów jest leczona niewłaściwie i rozsiewa prątki wielolekooporne. Od chorych izoluje się również prątki gruźlicy oporne na wszystkie leki przeciwprątkowe, które stanowią powrót gruźlicy nieuleczalnej.dr hab. wieSława rudnicka, prof. zw. uniwerSy-tetu łódzkiego

Ślady gruźlicy. Czaszka, 500 000 lat, Turcja. JN Wilford,

początki wykrywania, profilaktyki i leczenia gruźlicy. Od lewej, Robert Koch, Berlin 1882 r. odkrycie prątka gruźlicy; Albert Calmette i Kamil Guérin, Lille (Francja) 1921 r. otrzymanie szczepionki przeciwgruźliczej BCG; Selman AbrahamWaksman, Nowy Brunszwik (USA) 1943 r. otrzymanie streptomycyny, pierwszego leku przeciwprątkowego.

1 Druszczynska M, Wlodarczyk M, Janiszewska-Drobinska B, Kielnierowski G, Zawadzka J, Kowalewicz-Kulbat M, Fol M, Szpakowski P, Rudnicka K, Chmiela M, Rudnicka W. Monocyte signal transduction receptors in active and latent tuberculosis. Clin Dev Immunol. 2013;2013:851452. doi: 10.1155/2013/851452

2 XXXX

28

Gruźlica w liczbach

Gruźlica pozostaje wciąż olbrzymim problemem na świecie. Według danych Światowej Organizacji Zdrowia około 1/3 populacji świata jest zakażona prątka-mi Mycobacterium tuberculosis, które wywołują tę chorobę. Wzrost zachoro-walności na tę chorobę na świecie i jej szybkie rozprzestrzenianie się stwarza poważne zagrożenie dla Polski, któ-ra należy do grupy krajów w Europie o  wysokim współczynniku zapadal-ności na gruźlicę wynoszącym 19,6 przypadków na 100 000 mieszkańców. Zachorowalność na gruźlicę w  woje-wództwie łódzkim jest znacznie wyższa i wynosi 28,1 przypadków na 100.000 mieszkańców.

Od zakażenia do choroby

Zakażenie prątkami gruźlicy nie oznacza natychmiastowego rozwo-ju aktywnej choroby. Na czynną po-stać gruźlicy zapada nie więcej niż 5-10% osób, które uległy zakażeniu prątkami gruźlicy. U pozostałych 90-95% zakażonych osób ustala się zakażenie utajone nie dające obja-wów choroby, ale w ich organizmie obecne są przez całe życie żywe prątki

gruźlicy, które w każdej chwili mogą dać początek aktywnej chorobie. Prątkujący chory staje się zagrożeniem dla społe-czeństwa rozsiewając bakterie podczas kaszlu lub kichania (ryc. A). Niezwykle ważnym osiągnięciem ostatnich lat było

prątki gruźlicy

makrofag

pęcherzyk płucny

ŹRÓDŁO ZAKAŻENIAchory aktywnie

prątkujący

BRAK ZAKAŻENIAmakrofagi eliminują

prątki gruźlicy

ZAKAŻENIErozsiew prątków

POWSTAWANIE GRANULOMAzahamowanie wzrostu prątków

LATENTNA GRUŹLICA„uśpienie” prątków

REAKTYWACJAAKTYWNA GRUŹLICA

rozwój chorobyosłabienie odpornościimmunosupresory

HIV

Ryc. 1(A) Przebieg zakażenia prątkami gruźlicy

29

opracowanie tzw. testu interferonowe-go pozwalającego identyfikować osoby z utajonym zakażeniem prątkami gruźli-cy, którzy stanowią rezerwuar tych bak-terii w środowisku. W tym teście ocenia się produkcję interferonu-gamma przez

limfocyty krwi obwodowej w odpowiedzi na specyficzne antygeny prątków gruźli-cy, które rozwijają się tylko w organizmie osób zakażonych M. tuberculosis.

Nowe biomarkery gruźlicy

Prowadzone na świecie badania koncentrują się wokół poszukiwa-nia nowych biomarkerów służących szybkiej i pewnej identyfikacji osób zakażonych M. tuberculosis jako uzupełnienie rutynowo stosowanych testów. Odpowiednio wystandaryzo-wane wskaźniki mogą być nowym narzędziem diagnostyki umożliwia-jącym wdrożenie właściwej terapii, jak również pozwalającym na ocenę skuteczności nowo opracowywanych szczepionek lub leków przeciwprątko-wych. Na uwagę zasługują zarówno markery chorobotwórczych prątków gruźlicy, takie jak składowe myko-bakteryjnej ściany komórkowej, kwa-sy nukleinowe, antygeny sekrecyjne lub lotne metabolity tych bakterii, jak i wskaźniki reakcji immunologicznych rozwijanych podczas zakażenia prąt-kami, a także genetyczne markery podwyższające ryzyko zachorowa-nia na gruźlicę. Opracowanie czu-łych biomarkerów zarówno utajonej,

JEDNORAZOWEPOBRANIE KRWI

ok. 4 ml

surowica

OPRACOWANIEMATERIAŁU

IMMUNOENZYMATYCZNEOZNACZENIE STĘŻENIA

IFN-γ oraz sCD14

INTERPRETACJAWYNIKÓW

Quanti®FERON-TBGold in Tube

(Cellestis)

Ryc. 1(B) schemat badań wykonywanych w projekcie

30

jak i aktywnej gruźlicy jest niezbędne dla bardziej skutecznej kontroli zakażeń gruźliczych i walki z tą chorobą. Można prognozować, że wymieniony efekt wielo-kierunkowych badań będzie dostrzegal-ny również w regionie łódzkim, w którym zachorowalność na gruźlicę jest jedną z najwyższych w Polsce.

„Łódzkie intelektualne – naukowcy dla przedsiębiorców”

Zgromadzone wyniki testu QuantiFE-RON-TB Gold In Tube wykrywającego utajone zakażenia prątkami gruźlicy na podstawie ilościowej oceny produkcji interferonu-gamma i surowiczej postaci receptora makrofagów sCD14 (ryc. 1B), uzyskane w ramach projektu „Łódzkie intelektualne – naukowcy dla przed-

siębiorców” dla mieszkańców regionu łódzkiego, pozwoliły na weryfikację za-kładanej hipotezy o możliwości wyko-rzystania już uzyskanych innowacyjnych wyników do monitorowania zawyżonego ryzyka rozwoju aktywnej gruźlicy u zdro-wych mieszkańców regionu łódzkiego pozostających lub tych, którzy w okresie ostatnich 2 lat pozostawali, w domowym lub zawodowym kontakcie z chorymi na gruźlicę płuc. Skorelowanie uzyska-nych w ramach projektu rezultatów ba-dań z już uzyskanymi danymi pozwoli na ocenę przydatności proponowanego oznaczenia do wczesnego wykrywania osób stanowiących grupę najwyższego ryzyka wystąpienia aktywnej gruźlicy i szybkiego przerywania łańcucha zaka-żeń prątkami.

31

JuSTyNA chAŁubIńSKA-fENdlER

Co roku w Zakładzie Radioterapii WSS im. M. Kopernika w Łodzi jest leczonych ponad 3600 chorych na nowotwory złośliwe, w tym ponad 300 pacjentów stanowią chorzy na raka stercza –drugiego co do częstości zachorowania nowotworu w Polsce.

Jednym z kluczowych elementów leczenia onkologicznego tego nowotworu jest radio-terapia. Jest to rodzaj leczenia miejscowego – podobnie jak chirurdzy usuwają guz, tak za pomocą radioterapii można go zniszczyć w „sposób wirtualny”, bez użycia rąk i narzędzi a za pomocą wiązki promieniowania jonizującego.

Zakład Radioterapii Katedry Onkologii UM w Łodzi prowadzi badania naukowe w zakresie przyczyn powstawania niepożądanych reakcji popromiennych. Mogłoby w przyszłości przy-czynić się np. do wczesnej identyfikacji chorych skłonnych do takich odczynów i wdrożenia odpowiednio wcześnie leczenia objawów niepożądanych lub np. skierowania chorych do leczenia operacyjnego zamiast radioterapii. Pewne dane uzyskane w materiale zwierzęcym – z Dana Farber Cancer Institute naprowadziły nas, które polimorfizmy i ekspresja jakich mi-kroRNA może mieć tutaj istotne znaczenie.

Dzięki temu, że w Zakładzie Radioterapii można leczyć wszystkich pacjentów z terenu województwa – możemy zebrać dane nie tylko „genetyczne” ale również kliniczne i epide-miologiczne od chorych na raka prostaty. Wyniki zebranych danych epidemiologicznych mogą

różnicoWAnie niepożądAnych reAkcji po nAproMienioWAniu zA poMocą MArkeróW MolekulArnych — bio-bAnk MAteriAŁu biologicznego, dAnych klinicznych i epideMiologicznych chorych poddAnych rAdioterApii z poWodu rAkA sterczA – uniWersytet Medyczny W Łodzi

32

wskazać na trendy zachowań chorych na raka stercza w województwie łódzkim. Pozwala to zaplanować np. ilość łóżek szpitalnych – aktualnie wiemy, że jest ich zdecydowanie za mało, szczególnie dla chorych zakwalifikowanych do leczenia objawowego. Niedługo otwieramy nowy Oddział Radioterapii oraz czekamy na następny przyspieszacz liniowy czyli aparat tera-peutyczny, przy pomocy którego leczymy chorych.

Oprócz tego Zakład Radioterapii uczestniczy w prowadzeniu badań klinicznych leków dla chorych na raka stercza z przerzutami do kości. Daje to takim chorym szansę na podjęcie leczenia niestandardowego – może dzięki tym lekom chorzy będą mieli zmniejszone ryzyko wystąpienia np. poważnych złamań i na podniesienie ich komfortu życia w rozsianej już cho-robie.prof. dr hab. n. Med. Jacek fiJuth

Z czym się wiąże radioterapia u chorych na raka prostaty?

Regionalny Ośrodek Onkologiczny Wojewódzkiego Wielospecjalistycznego Szpitala im. M. Kopernika w Łodzi – do tej pory jako jedyny na terenie wojewódz-twa łódzkiego- ma możliwość zastoso-wania w pełni kompleksowego leczenia chorych na nowotwory. Jednym z kluczo-wych elementów leczenia onkologiczne-go jest nowoczesna radioterapia, czyli leczenie z udziałem promieniowania. W przypadku raka prostaty może to być jedyna forma całkowitego leczenia.

Takie leczenie wymaga przygoto-wania komputerowego planu leczenia

– w oparciu o wykonaną tomografię komputerową oraz ścisłej współpracy z zespołem fizyków i techników elektro-radiologii. (Ryc. 1 i 2) W szczególności w radioterapii raka prostaty mają zasto-sowanie najnowsze technologie lecze-nia – takie jak modulacja intensywności wiązki- pozwalająca „wyrzeźbić” dawkę w samej prostacie. (Ryc. 3). Te techniki zmniejszają też dawki w narządach, których nie chcemy napromieniać a są położone blisko obszaru leczenia – w tym przypadku chodzi przede wszyst-kim o pęcherz moczowy i odbytnicę. Pomimo tego ,że radioterapia u cho-rych na raka prostaty jest bardzo sku-teczna u chorych nadal mogą wystąpić działania niepożądane. Mogą pojawić

33

się zarówno podczas leczenia a nawet pojawić się kilka miesięcy po leczeniu. Najczęściej są to umiarkowane biegun-ki i częstsze oddawanie moczu. Bardzo rzadko zdarzają się poważne powikłania – np. uporczywe krwawienia z pęcherza lub odbytnicy, czy też przetoki pęcherzo-wo - odbytnicze.

badania molekularne w raku stercza – do czego mogą się przydać?

Mechanizmy wczesnych działań nie-pożądanych są stosunkowo dobrze poznane, w większości potrafimy im za-

pobiegać i umiemy je leczyć natomiast te powikłania, które występują późno (tj. klika miesięcy po zakończeniu leczenia) mają już inny „charakter” i nie jesteśmy w stanie przewidzieć u których cho-rych wystąpią. Na szczęście występują one rzadko (u kliku procent chorych). We współpracy z laboratorium Kliniki Pediatrii, Diabetologii i Onkohematologii Dziecięcej naszego Uniwersytetu po-szukujemy związku występowania po-limorfizmów (wariantów) w niektórych genach oraz RNA z występowaniem i nasileniem odczynów wczesnych i późnych. Liczymy na to, że wyniki ba-dań pozwolą nam przewidzieć (z pew-nym prawdopodobieństwem) np. który chory będzie miał odczyn późny wyso-kiego stopnia –w związku z tym zamiast radioterapii należałoby mu zapropono-wać leczenie chirurgiczne. Dlatego też od każdego chorego, który zgodził się na uczestnictwo w projekcie pobieramy krew do analizy DNA, RNA, którą prze-chowujemy w Zakładzie Radioterapii (Ryc.4 a i b) a następnie przesyłamy do w/w laboratorium, gdzie odbywa się wi-rowanie, czyszczenie, izolacja dNA, RNA. Tam również materiał jest przygo-towywany do dalszego przechowywania (Bio-banku) i analizy przez kolejny insty-tut – dana-farber cancer Institute.

Ryc. 1 Zespół Techników Elektroradiologii – pracownia modelarni Zakładu Radioterapii – przygotowywanie unieruchomienia pacjenta przed planowaniem leczenia

34

biobank danych nie tylko z krwi - dane demograficzne i epidemiologiczne- ułatwienie planowania i zapewnienia leczenia chorym.

Tworzymy również bank danych nie tylko „genetycznych” ale również epi-demiologicznych i demograficznych cho-rych napromienianych z powodu raka stercza praktycznie z całego wojewódz-twa łódzkiego. Zbieramy dane dotyczące np. zamieszkania, wykształcenia, chorób współistniejących, zgłaszalności chorych w poszczególnych miesiącach/porach roku. Możemy dzięki temu odpowiedzieć na wiele istotnych pytań, m.in. dlaczego

w niektórych miesiącach zgłasza się wię-cej chorych do leczenia, czy liczba łóżek szpitalnych dla pacjentów do zakwalifi-kowanych do radioterapii raka stercza w łódzkim województwie jest wystarcza-jąca, czy odległość miejsca zamiesz-kania od Ośrodka Onkologicznego jest dla chorych przeszkodą w rozpoczęciu leczenia.

Stworzenie Bio-banku danych może pozwolić na późniejsze analizy dla kolej-nych projektów. Dane epidemiologiczne – będą przechowywane w bazie elektro-nicznej, a zapas materiału genetycznego w zamrażarkach laboratoryjnych. Badania molekularne dadzą szansę na dogłębne zrozumienie mechanizmu powstawania niepożądanych reakcji popromiennych i znalezienie markerów molekularnych mogłoby w przyszłości przyczynić się do wczesnej identyfikacji chorych skłonnych do takich reakcji i wdrożenia odpowiednio wcześnie leczenia protekcyjnego lub skie-rowania chorych do leczenia operacyjne-go zamiast radioterapii. Dane epidemio-logiczne i demograficzne pozwalają lepiej zagospodarować dostępnym sprzętem i zasobami w celu jak najlepszego lecze-nia chorych w województwie łódzkim.Ryc. 2 Pracownia Fizyki Medycznej-

przygotowywanie planów leczenia w oparciu o tomografię komputerową i nowoczesne algorytmy obliczania dawki

35

Ryc. 3 Najnowszy przyspieszacz liniowy w Zakładzie Radioterapii – Clinac 2300-4 (Varian) z możliwością wykonywania zdjęć weryfikacyjnych (OBI – on- board imaging) przeznaczony głównie dla leczenia chorych na raka stercza, i innych leczonych technikami dynamicznymi (IMRT, VMAT)

Ryc. 4a Przechowywanie materiału genetycznego w zamrażarce (-200C)

Ryc. 4b Izolacja surowicy

36

PRZEMySŁAW SKWIERcZyńSKI

Hydroksyapatyt jako biomateriał implantacyjny stanowi ciekawą propozycję do zastosowa-nia go jako powłoki na implanty kostne. Wyniki uzyskane przez stypendystę mgr inż. Przemy-sław Skwierczyńskiego z zrealizowanych badań są bardzo obiecujące i stanowią punkt wyjścia do optymalizacji procesów wytwarzania powłok hydroksyapatytowych, co następnie pozwoli na stworzenie warunków o dużym znaczeniu aplikacyjnym. Dzięki modyfikacji aparatury do-konanej przez doktoranta, uzyskujemy powłoki na pokrycia implantów kostnych o odpowied-nich właściwościach fizykochemicznych i biologicznych. Pozwoli to w niedalekiej przyszłości doprowadzić do nowych wdrożeń dla przemysłu implantologicznego.

Uzyskane odpowiednie pokrycia oraz ich dalsze modyfikacje umożliwiłyby podjęcie ko-lejnych badań w zakresie wytwarzania i poszerzenia możliwości zastosowania warstw hy-droksyapatytowych, nie tylko, jako warstw umożliwiających szybszą regenerację w miejscu wystąpienia uszkodzenia tkanki kostnej, ale również poprzez rozszerzenie spektrum składu takiej warstwy – dodatki innych pierwiastków – np. jonów srebra, co zapewni dodatkową bak-teriobójczość takowej warstwy.

Dzięki takiemu podejściu istnieje możliwość podjęcia szerokiej współpracy z partnerami polskimi, która może zaowocować dalszymi badaniami naukowymi, patentami, pracami roz-wojowymi oraz rozwojem samego przemysłu. Zrealizowane w projekcie zagadnienia wzbudzą duże zainteresowanie naukowców i firm nie tylko z naszego regionu, ale i również z całej Polski i Europy. Wyniki projektu oraz wiedza nabyta przez doktoranta w czasie jego realizowania wpły-nie na efektywne wspieranie rozwoju działalności badawczo-rozwojowej Politechniki Łódzkiej oraz Regionu Łódzkiego pod kątem nie tylko gospodarczym, ale i społecznym.prof. dr hab. inż. piotr niedzielSki

WytWArzAnie nAnostrukturAlnych WArstW c/hAp hybrydoWą Metodą plAzMoWą rf pAcVd Ms dlA potrzeb Medycyny – politechnikA ŁódzkA

37

hAp – co to?

Istniejące grupy materiałów: cera-miczne, metaliczne, polimerowe, kom-pozytowe pozwalają na wytypowanie z każdej nich materiału, który jest sto-sowany jako biomateriał. Interesującą grupę stanowią materiały ceramiczne, a w szczególności bioceramika resor-bowalna w tkankach, oparta o fosforany wapnia, które są jednym z mineralnych składników kości1. Do bioceramiki tej zaliczamy m.in. hydroksyapatyt (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2), który jest materiałem biologicznie aktywnym o stosunku mo-lowym Ca/P wynoszącym 1,67 – stosu-nek ten określa aktywność tych minera-łów w organizmie człowieka. Jego skład chemiczny i fazowy jest identyczny ze składem kości ludzkiej, dzięki czemu ceramika ta odznacza się największą biotolerancją spośród istniejących bio-materiałów w środowisku tkankowym. Ponadto materiał ten dzięki temu, że ulega resorpcji, której produkty stano-wią podwaliny pod nowo powstającą tkankę kostną, ma możliwość tworzenia trwałych i silnych połączeń z tą tkanką. Jednakże niskie właściwości mecha-niczne HAp ograniczają jego zastoso-wanie2,3.

Wady, zalety

Hydroksyapatyt jako substytut kości przenoszący obciążenia powinien od-znaczać się wytrzymałością na rozcią-ganie, co najmniej trzykrotnie większą oraz posiadać moduł Younga zbliżony do kości – wartość modułu Younga dla kości wynosi ok. 16GPa. Między innymi ze względu na tendencję do pękania (zbyt duża kruchość), materiał ten nie nadaje się na implanty4. Poprawienie właściwości mechanicznych można uzyskać poprzez zastosowanie hydrok-syapatytu jak materiału na pokrycia biomateriałów metalicznych. Obecnie implanty długookresowe, podlegające obciążeniom (np. endoprotezy stawu biodrowego) są wykonywane głównie z metali i ich stopów, właśnie ze wzglę-du na ich bardzo dobre właściwości mechaniczne. Z kolei ich odporność korozyjna i biotolerancja jest niezado-walająca względem obecnie stawianym wymaganiom implantom kostnym. Po-łączenie bardzo dobrych właściwości biologicznych hydroksyapatytu z równie dobrymi właściwościami mechaniczny-mi metali jest korzystnym rozwiązaniem umożliwiającym tworzenie bardziej wy-dajnych biomateriałów5.

38

Innym bardzo ważnym aspektem wy-korzystania hydroksyapatytu jako war-stwy jest jego adhezja względem po-krywanego podłoża. Norma dotycząca pokryć hydroksyapatytowych w implan-tologii wymaga, aby siła adhezji powłoki HAp była ≥ 15MPa6.

Powłoka hydroksyapatytu w otocze-niu tkanki ludzkiej podlega procesom resorpcji (wchłaniania), innymi słowy mówiąc implant pokryty warstwą HAp rozkłada ją, a następnie wchłania skład-niki mineralne (jonu wapniowe i fosforo-we), które stają się budulcem dla nowo-powstałej tkanki kostnej7. Intensywność tego procesu może być regulowana zarówno poprzez regulację: stopnia porowatości warstwy – mianowicie im wyższa wartość tego parametru tym bardziej wzmożona wchłanialność po-włoki HAp – jak również stopnia kry-staliczności – im niższa wartość tego parametru tym również wzmożona roz-puszczalność powłoki. Także w celu uzyskania implantu długookresowego, który będzie trwały, a tym samym nie doprowadzi do korozji metalicznego podłoża, należy wytworzyć powłoki HAp krystaliczne o stosunkowo niskiej porowatości8.

Moja droga, czyli po co to komu?

Wszystko zaczęło się od pomysłu, aby połączyć zalety warstw węglowych i powłok hydroksyapatytowych, a tym samym wyeliminować ich wady, co związane było z opracowaniem techno-logii wytwarzania nanostruktur C/HAp. Mówiąc krótko w „żołnierskich słowach”, zyskamy:

l poprawę biozgodności implantu,

l poprawę adhezji powłoki HAp do podłoża,

l zabezpieczymy organizm przed jonami metalu (po rozpuszcze-niu się bioaktywnego HAp na powierzchni implantu pozostaje obojętna warstwa węglowa),

l wyeliminowana zostanie lub zna-cząco ograniczona możliwość kolonizacji bakterii na powierzch-ni metalicznego implantu (po-wstawanie filmu bakteryjnego na warstwach węglowych jest bar-dzo ograniczone).

39

Możliwości aplikacyjne

Fosforany wapnia Ca-P są przed-miotem szczególnego zainteresowania wielu interdyscyplinarnych dziedzin na-uki. Między innymi są one szeroko sto-sowane do klinicznych zastosowań9÷12, w chromatografii do rozdzielania związ-ków chemicznych, oczyszczania białek i biologicznych związków13,14, również stosowane są jako dodatki do żyw-ności i produktów farmaceutycznych15 oraz do usuwania metali ciężkich z za-nieczyszczonych ścieków 16÷18. Jednak

największy obszar zastosowania fos-foranów wapnia, ze względu na fakt, że są głównym składnikiem twardych tkanek biologicznych, a także ze wzglę-du na ich wysoką biokompatybilność, syntetyczne Ca-P zostały użyte jako materiały stanowiące substytut kości. Ca-P takie jak HAp czy β-TCP jest uży-wany na cement kostny lub w postaci warstwy na pokrycia metalowych im-plantów w celu poprawy zrostu kości z implantem9. Głównie chodzi o takie połączenia kostne w ciele człowieka, które przenoszą obciążenia mechanicz-

40

ne (np. wykonywanie przysiadu, gdzie mamy do czynienia z obciążaniem sta-wu kolanowego oraz biodrowego)19.

Warstwy hydroksyapatytowe są czę-sto stosowane w takich dziedzinach medycyny jak ortopedia, stomatologia, chirurgia kostna czy chirurgia urazowa na pokrycia m.in. takich implantów lub ich elementów jak19,20:

• sztuczne korzenie zębowe,

• protezy stawów kolanowych,

• endoprotezy stawów barkowych, biodrowych,

• stabilizatory kręgosłupa.

fotorelacja

A wszystko zaczęło się od…

…otrzymania stypendium naukowe-go Marszałka Województwa Łódzkie-go dla młodych naukowców – dokto-rantów Łódź 2013

41

środki te pozwoliły na modernizację stanowiska...

…na którym można wytwarzać powłoki hAp,

2013

2009

42

następnie badać je i prezentować otrzymane wyniki: podczas V ogól-nopolskiej konferencji naukowej „Nowoczesne Technologie w Inży-nierii Powierzchni” Spała 2013

”…codzienność w laboratorium ;-)”

43

literatura

1. Puchalska A. „Metody wytwarzania po-włok hydroksyapatytowych na stopach z tytanu” artykuł ze strony http://chps.fsid.cvut.cz/pt2010/pdf/PuchalskaAnna.pdf 16.12.2013

2. Marciniak J.: Biomateriały. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002

3. Jurczyk M., Jakubowicz J.: Nanomateria-ły ceramiczne. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2004

4. Simpson J. „Biological and Biomechani-cal Performance of Biomaterials” Elsevier, Amsterdam 1986, 63-68

5. Niespodzianka K., Jurczyk K., Jurczyk M. „Synteza bionanomateriałów kompozyto-wych typu tytan-hydroksyapatyt” Inżynie-ria Materiałowa, 2006. 27(3): p. 636-639

6. ISO 13779-2:2008(E) „Implants for sur-gery - Hydroxyapatite - Part 2:Coatings of hydroxyapatite

7. Heughebaert J., Bonel G. „Composition, structures and properties of calcium pho-sphates of biological interest” Biological and Biomechanical Performance of Bio-

materials, Elsevier, Amsterdam 1986

8. Tsuruga E, Takita H, Itoh H, Wakisaka Y, Kuboki Y. Pore size of porous hydroxyapa-tite as the cell-substratum controls BM-P-induced osteogenesis. J Biochem 1997;121:317–24

9. M. Navarro, A. Michiardi, O. Castano, J. A. Planell: “Biomaterials in orthopaedics” J. R. Soc. Interface 5, 2008, 1137–1158

10. Kozlova D, Chernousova S, Knuschke T, Buer J, Westendorf AM, Epple M. Cell tar-geting by antibody-functionalized calcium phosphate nanoparticles. J Mater Chem 2012;22:396–404

11. Epple M, Kovtun A. Functionalized calcium phosphate nanoparticles for biomedical application. Key Eng Mater 2010;441:299–305

12. Dorozhkin SV, Epple M. Biological and medical significance of calcium phospha-tes. Angew Chem Int Ed 2002;41:3130–46

13. Fountoulakis M, Takacs MF, Berndt P, Langen H, Takacs B. Enrichment of low abundance proteins of Escherichia coli by hydroxyapatite chromatography. Electro-phoresis 1999;20:2181–95

44

14. Yin G, Liu Z, Zhou R, Zhan J, Wang J, Yuan N. Mass transport characteri-stics and chromatographic behavior of preparative electrochromatography on hydroxyapati te. J Chromatogr A 2001;918:393–9

15. Schmidt PC, Herzog R. Calcium pho-sphates in pharmaceutical tableting. 1. Physico-pharmaceutical properties. Pharm World Sci 1993;15:105–15

16. Nzihou A, Sharrock P. Role of phospha-te in the remediation and reuse of heavy metal polluted wastes and sites. Waste Biomass Valor 2010;1:163–74

17. Thomson BM, Smith CL, Busch RD, Sie-gel MD, Baldwin C. Removal of metals and radionuclides using apatite and other natural sorbents. J Environ Eng-Asce 2003;129:492–9

18. Daniels Y, Alexandratos S. Design and synthesis of hydroxyapatite with organic modifiers for application to environmen-tal remediation. Waste Biomass Valor 2010;1(157):62

19. Świecko-Żurek B. „Bioomateriały” Wy-dawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2009

20. Zima A. „Wpływ dodatków modyfikują-cych na właściwości hydroksyapatyto-wych wielofunkcyjnych tworzyw implan-tacyjnych przeznaczonych na nośniki leków” praca doktorska, Kraków 2007

21. Źródło: http://www.medgal.com.pl/pl,ms-endoproteza_stawu_barkowe-go_ulys___anatomical-0-endoprotezy_stawu_barkowego-produkty.html z dn. 16.12.2013

22. Źródło: ht tp://www.zimmer.com/content/pdf/en-US/Coonrad_ Mor-rey _Total_ Elbow_ Surgical_Tech-nique_97-8106-102-00_Rev2_11_2009_.pdf z dn. 16.12.2013

23. http://www.doktorbart.pl/leczenie_015.html z dn. 16.12.2013

24. http://www.healio.com/orthopedics/knee/news/print/orthopedics-today/%7B37e-6a0c8-f32f-436e-99ca-55749c6fd-4cd%7D/cementless-tibial-components-make-a-comeback-but-expect-slow-ac-ceptance z dn. 16.12.2013

25. http://www.terapiakregoslupa.pl/zabie-gi-operacyjne-kregoslupa.html z dn. 16.12.2013

45

KAROlINA SMĘTKIEWIcZ

Wody geotermalne – jak je postrzegają i wykorzystują w Uniejowie i Styryjskiej Krainie TermCo wiedzą o walorach i wykorzystaniu wód geotermalnych przedstawiciele władz lokalnych

oraz zwykli mieszkańcy wybranych miejscowości w województwie łódzkim i austriackim landzie Styria, możemy dowiedzieć się z pracy doktorskiej Karoliny Smętkiewicz, przygotowanej na Wy-dziale Nauk Geograficznych UŁ.

Geotermia = ekologia i zrównoważony rozwójEnergia geotermalna to energia wnętrza Ziemi, zgromadzona w skałach i wypełniających je

wodach. W naszym kraju jej zasoby są bardzo duże. Stanowią one najwyższy potencjał energe-tyczny wśród wszystkich odnawialnych źródeł energii. Jednak wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce jest znikome – aktualnie na poziomie 0,16% pozyskiwanej w Polsce energii. Tymcza-sem szersze wykorzystanie energii geotermalnej przyczyniłoby się do znaczącego ograniczenia spalania tradycyjnych paliw, zaoszczędzenia ich zasobów dla przyszłych pokoleń, zmniejszenia ilości emitowanych zanieczyszczeń, rozwoju turystyki uzdrowiskowej, produkcji kosmetyków, upraw szklarniowych, itp.

Austriacy bardziej zaawansowani?Dzięki uzyskanym stypendiom – Marszałka Województwa Łódzkiego oraz Fundacji Stypendial-

nej Republiki Austrii, doktorantka przeprowadziła badania porównawcze poziomu wiedzy o walo-rach i formach wykorzystania wód geotermalnych w wybranych miejscowościach województwa łódzkiego i austriackiego landu – Styria – regionu o dłuższych tradycjach wykorzystania wód geotermalnych. Toteż – przedstawiony w pracy –zakres ich wykorzystania w Styrii jest znacznie większy, bardziej kompleksowy niż w województwie łódzkim. Jak wynika z przeprowadzonych badań, władze lokalne Uniejowa, Poddębic, Skierniewic – podobnie jak władze styryjskich miej-

śWiAdoMość spoŁecznA WykorzystyWAniA Wód geoterMAlnych W WojeWództWie ŁódzkiM i lAndzie styriA – uniWersytet Łódzki

46

scowości – bardzo wysoko oceniają walory i korzyści wykorzystania wód geotermalnych. Inaczej jednak postrzegają te walory mieszkańcy badanych miejscowości – Styryjczycy dostrzegają i doceniają głównie ekologiczne i turystyczne znaczenie ich wykorzystania, natomiast miesz-kańcy Uniejowa chcieliby odczuwać ich walory w postaci niższych kosztów ogrzewania swoich mieszkań i zdecydowanej poprawy warunków życia. Inaczej też niż w Styrii – nie napawa ich optymizmem napływ turystów i pensjonariuszy leczniczych ośrodków termalnych, który może spowodować wzrost kosztów utrzymania. Przy stosunkowo dobrym poziomie wiedzy o walo-rach wód geotermalnych, wśród mieszkańców Uniejowa dominuje myślenie o ich wykorzystaniu w kategoriach doraźnych efektów i zysków finansowych, co jest typowe dla niskiej świadomości ekologicznego znaczenia wykorzystania geotermii.

Priorytet – edukacja W świetle uzyskanych wyników badań, szczególnego znaczenia w rozwoju geotermii nabierają

działania edukacyjne i promocyjne, wymiana doświadczeń, współpraca między poszczególnymi miejscowościami zgodnie z zasadą zdrowej konkurencji, współpraca z instytucjami naukowymi. Działania takie mogłyby przyczynić się do zmiany mentalności z myślenia w krótkiej perspektywie na myślenie długofalowe, uwzględniające również dobro przyszłych pokoleń – zdrowie, lepszy komfort i jakość życia oraz stan środowiska przyrodniczego.

Dobre praktyki – cenne drogowskazyWykorzystując swoją szeroką wiedzę na temat rozwoju geotermii w Styrii, Karolina Smętkiewicz

proponuje szereg tzw. dobrych praktyk i przykładów przedsięwzięć geotermalnych stosowanych w Styrii. Dzięki temu możliwy jest transfer wiedzy i doświadczeń, który może przyczynić się do wzbogacenia oferty miejscowości termalnych w województwie łódzkim, podejmowania podob-nych działań i sprawdzonych, skutecznych inicjatyw prowadzących do bardziej kompleksowego wykorzystania wód geotermalnych.

Zaprezentowane w pracy przykłady miejscowości termalnych województwa łódzkiego i Styrii świadczą o tym, że dzięki racjonalnemu i wszechstronnemu wykorzystaniu wód geotermalnych oraz dzięki odpowiednim działaniom edukacyjnym i promocyjnym związanym z geotermią można osiągnąć sukcesy w rozwoju społeczno-gospodarczym, przyczyniając się do poprawy stanu środowiska przyrodniczego zgodnie z zasadami rozwoju zrównoważonego.dr hab. elżbieta Szkurłat, prof. nadzw. uniwerSytetu łódzkiego

47

Pytanie: Jakie kryteria wzięto pod uwagę w celu określenia świadomości społecznej wykorzystania wód geoter-malnych?

Odpowiedź K.S.: W badaniach przy-jęto, że o świadomości społecznej świad-czą: wiedza

o zasobach i właściwościach fizyko-chemicznych wód geotermalnych, moż-liwościach ich wykorzystania do celów gospodarczych oraz ich zastosowaniach leczniczych, a także opinie oraz dzia-łania związane z wykorzystaniem wód geotermalnych.

Pytanie: Czy stan świadomości spo-łecznej wykorzystania wód geotermal-nych jest różny w województwie łódzkim i landzie Styria? Czy społeczeństwa pol-skie i austriackie w różny sposób po-strzegają korzyści wynikające z geoter-mii? Miejscowości w Styrii mają bowiem dłuższe tradycje w wykorzystaniu wód geotermalnych, przez co są też bardziej zaawansowane gospodarczo i znane jako ośrodki turystyczne.

Odpowiedź K.S.: Stwierdzono, że decydenci z badanych miejscowości ter-malnych, zarówno województwa łódzkie-

go (Uniejów, Poddębice, Skierniewice), jak i landu Styria (Bad Radkersburg, Bad Waltersdorf i Bad Blumau), przedstawia-ją wysoki poziom świadomości społecz-nej wykorzystania wód geotermalnych. Świadczy o tym stan ich wiedzy na te-mat właściwości, możliwości zastosowa-nia i walorów leczniczych tego surowca. Osoby decyzyjne w obu regionach od początku widziały i nadal widzą w geoter-mii właściwy kierunek i wiele korzyści dla zrównoważonego rozwoju miejscowości. Wszystkie osoby wykazywały pozytywne nastawienie wobec przemian przyrodni-czych, społecznych i gospodarczych, które zachodzą w ich miejscowościach na skutek wykorzystania wód geotermal-nych. Porównując aspekt działalności, należy stwierdzić jednak pewne zróżni-cowanie w województwie łódzkim i Styrii. Decydenci w miejscowościach termal-nych województwa łódzkiego mają mniej osiągnięć w zakresie wszechstronnego wykorzystania potencjału geotermalne-go, zaangażowania się w komunikację ze społeczeństwem, współpracę mię-dzygminną oraz w dziedzinie promocji i edukacji społecznej. Różnice te są mo-tywacją dla osób zarządzających w miej-scowościach termalnych województwa łódzkiego do czerpania doświadczeń i przykładów ze Styrii. Stan świadomości

48

wykorzystania wód geotermalnych tych osób zobrazowano na rycinie 1.

Pytanie: Co wpływa na gospodar-cze wykorzystanie wód geotermalnych? Wiadomo, że muszą istnieć odpowiednie warunki przyrodnicze, ale to chyba nie wszystko…

Odpowiedź K.S.: Zgadza się, fakt występowania zasobów wód geotermal-nych jest tylko początkowym impulsem do działań. Głównym ich motorem jest pozytywne nastawienie i wiedza osób decyzyjnych na temat geotermii oraz sprzyjająca sytuacja polityczno-ekono-

miczna i umiejętne jej wykorzystanie. Są to kluczowe czynniki, które wpływają na efektywne gospodarcze wykorzystanie wód geotermalnych i rozwój inwestycji ter-malnych. Istotna jest również akceptacja społeczeństwa lokalnego wobec działań decydentów oraz partycypacja społecz-na. Wykorzystanie wód termalnych daje wiele możliwości współdziałania różnych grup społecznych: władz samorządo-wych, ekspertów, praktyków, osób zarzą-dzających i społeczności lokalnej.

Pytanie: Co wpływa na świadomość społeczną wykorzystania wód geoter-malnych?

Ryc. 1. Profil świadomości społecznej wykorzystania wód geotermalnych dla grupy osób decyzyjnych w badanych miejscowościach w Styrii i w województwie łódzkim (źródło: opracowanie na podstawie badań własnych)

49

Ryc. 2. Czynniki kształtujące stan świadomości społecznej wykorzystania wód geotermalnych (źródło: opracowanie własne)

l występowanie zasobów wód termalnych

przyrodnicze

l istnienie odwiertów geologicznych, l charakter uzdrowiskowy danej miejscowości, l realizowane i planowane inwestycje geotermalne, l pozytywne wyniki badań naukowych w zakresie geotermii, l dobre praktyki z innych miejscowości, l wzajemna wymiana doświadczeń, l współpraca z innymi jednostkami samorządowymi i instytucjami naukowymi, l możliwość uzyskania zewnętrznych funduszy i wsparcia organizacyjnego, l wcześniejsze osiągnięcia w realizacji projektów geotermalnych, dotychczasowe

doświadczenia (własne i innych) oraz obserwacje rzeczywistego stanu środowiska i sytuacji społeczno-gospodarczej danego obszaru, a także widoczna poprawa sytuacji finansowej gminy i społeczeństwa na skutek rozwoju gospodarczego,

l szanse i możliwości poprawy sytuacji na lokalnym rynku pracy w związku z rozwo-jem turystyki termalnej,

l stwierdzone i przewidywane korzyści z wykorzystania wód geotermalnych w aspek-tach ekonomicznym, zdrowotnym i ekologicznym.

społeczno-gospodarcze

l sprzyjająca sytuacja polityczna i prawna

polityczno-prawne

l wiedza i informacje przekazywane przez działania edukacyjne, informacyjne i promocyjne

edukacyjne

50

Odpowiedź K.S.: Na kształtowanie świadomości wykorzystania wód geo-termalnych w grupie decydentów oraz powodzenie inwestycji termalnych ma wpływ szereg czynników: przyrodni-czych, społeczno-gospodarczych, poli-tyczno-prawnych i edukacyjnych. Zostały one przedstawione na rycinie 2.

Pytanie: Czy można zaobserwować wpływ świadomości społecznej wyko-rzystania wód geotermalnych na kierunki oraz tempo zmian społeczno-gospodar-czych miejscowości termalnych?

Odpowiedź K.S.: Tak, odpowiedni poziom świadomości społecznej wyko-rzystania wód geotermalnych przyczy-nia się do tego, że bogactwo to znajduje wszechstronne zastosowanie, m.in. do celów ciepłowniczych, balneoterapeu-tycznych, rekreacyjnych, kosmetycznych, w ogrodnictwie. Świadczą o tym przykła-dy miejscowości termalnych wojewódz-twa łódzkiego i Styrii, które dzięki wodom geotermalnym osiągnęły znaczne sukce-sy w rozwoju społeczno-gospodarczym

oraz w poprawie stanu środowiska przy-rodniczego.

Pytanie: Skoro świadomość społecz-na ma tak duże znaczenie dla wykorzy-stania wód geotermalnych, to potrzebne są działania kształtujące ją. W jaki spo-sób można zatem edukować społeczeń-stwo na temat geotermii i ją promować?

Odpowiedź K.S.: W pracy przedsta-wiono różnorodne formy działalności edukacyjnej i promującej zagadnie-nia związane z geotermią. Wśród nich są: interesujące projekty edukacyjne, warsztaty terenowe, materiały edukacyj-ne i promocyjne, literatura branżowa po-pularnonaukowa i naukowa, współpraca partnerska samorządów, środowiska na-ukowego, przedsiębiorców, społeczno-ści lokalnej, członkostwo w stowarzysze-niach branżowych, udział w seminariach i konferencjach, spotkaniach z eksperta-mi, wizyty studyjne, współpraca z media-mi. Efektem zastosowania wyników ba-dań powinno być wdrażanie tych działań edukacyjnych i promocyjnych.

51

TOMASZ JAKubIEcrolA sAMorządóW terytoriAlnych W kreoWAniu rynku zielonych zAMóWień publicznych nA podstAWie dośWiAdczeń regionu Łódzkiego i WybrAnych regionóW europejskich – uniWersytet Łódzki

Przetargi a zrównoważony rozwój

Zielone Zamówienia Publiczne oznaczają politykę zrównoważonego rozwoju, w ramach której podmioty pu-

bliczne włączają wymagania ekologiczne do procesu zakupów wpływając tym sa-mym na rozwój i upowszechnienie tech-nologii ekologicznych i podwyższenie jakości życia mieszkańców. (Zdjęcie nr 1)

Zdjęcie nr 1, Region Lombardia, Miasto Mediolan – system miejskich ekologicznych pojazdów elektrycznych, źródło zasoby własne, 2012 r.

52

Rynek zamówień publicznych – stymulator gospodarczy w miastach i regionach

Europejskie samorządy i instytucje są ważnym generatorem rozwoju go-spodarczego. Istotny udział wydatków publicznych umożliwia przez swoją siłę nabywczą odczuwalny wpływ na lokalne rynki produktów i usług. W 2005 r. wy-datki publiczne Wspólnoty Europejskiej znajdowały się na poziomie 16% PKB UE, a w 2012 r. ich wartość wynosiła już 19,9% PKB UE, intensywnie oddziału-jąc na poziom produkcji i konsumpcji. W Polsce wartość rynku zamówień pu-blicznych tylko w 2012 r. stanowiła prawie 133 mld zł, (ok. 8,32% PKB Polski) przy czym największą grupę zamawiających podmiotów publicznych stanowią samo-rządy (45,9  %).

Potencjał zielonych zamówień publicznych

Zbadane w ramach projektu „Rola samorządów terytorialnych w kreowaniu rynku zielonych zamówień publicznych na podstawie doświadczeń wybranych regionów europejskich.” samorządy eu-ropejskie, instrument zielonych przetar-gów postrzegają jako narzędzie jakościo-

wo standaryzujące i aktywizujące rynek (potrzebę aktywnej roli samorządów w kreowaniu rynku zielonych zamówień publicznych, ekologicznych produktów i usług podkreśla 75% z nich). Przeszło 55% biorących udział w badaniu samo-rządów wskazuje, że zielone przetargi mogą być efektywnym instrumentem rozwoju lokalnej gospodarki, a 75% z nich, że umożliwiają efektywną stymu-lację rynku produktów i usług ekologicz-nych.

Zastosowania zielonych zamówień publicznych

Samorządy, zielone zamówienia publiczne wykorzystują w realizowa-niu wydatków inwestycyjnych głównie w budownictwo ekologiczne, ener-getykę, termomodernizację oraz bu-dowę infrastruktury komunikacyjnej i środowiskowej, które poza efektem ekologicznym (poprawa jakości życia – redukcja zanieczyszczeń i uciążliwości) generują efekt ekonomiczny – odczu-walne oszczędności eksploatacyjne na poziomie bieżącego utrzymania. W sa-morządach włoskich zauważalne było również inwestowanie w ekologiczną, wy-sokiej jakości żywność (catering i stołów-ki szkolne), pojazdy ekologiczne, w tym

53

elektryczne oraz materiały dla służby zdrowia. (zdjęcia nr 2 i nr 3)

Przykład dobrej praktyki

Dobrym przykładem programu wy-korzystującego standardy ekologiczne w zamówieniach publicznych jest, reali-zowany przez miasto Alte Hansestadt Lemgo w Nadrenii Północnej Westfalii program kompleksowej poprawy efek-tywności energetycznej w budynkach komunalnych (uwzględniającej komplek-sową termomodernizację, wyposażenie w zdalny monitoring, automatykę, wen-tylację z odzyskiem ciepła, fotowoltaikę i cechy budynków pasywnych), który za-stosowany został w 58 budynkach komu-nalnych celem redukcji kosztów energii

o 20%. do 2017 r. Tylko w 13 szkołach, inwestując w ciągu ostatnich 15 lat 30-35 mln EUR Lemgo, redukuje roczne koszty o 2-10% (zużycie ciepła, energii elektrycz-nej, wody) generując do 100 tys. EUR rokrocznych oszczędności. Program, wspierany przez szkolny projekt społecz-ny „Oszczędzanie energii buduje szkołę” angażuje uczniów w oszczędzanie ener-gii i działania proekologiczne, umożliwia wykorzystanie zaoszczędzanych środ-ków na szkolne inicjatywy rozwojowe, dodatkowe zajęcia, sprzęt IT, pomoce oraz upowszechnia standardy i zacho-wania środowiskowe wśród mieszkań-ców jednocześnie generując popyt na wysokiej jakości rozwiązania energetycz-ne i budowlane zamawiane na rynku.

zdjęcia nr 2 i 3 Alte Hansestadt Lemgo - Gimnazjum Marianne-Weber – źródło: zasoby własne, 2012 r.

54

Łódzkie – akademickie centrum Polski

Nasze atuty to:

� ogromny potencjał akademicki i naukowy

� ponad 30 szkół wyższych w regionie

� bogata oferta kulturalna

� konkursy i programy stypendialne dla uczniów, studentów i doktorantów organizowane przez samorząd województwa łódzkiego

55

AGNIESZKA AdAMuS

Stale otaczają nas dźwięki. Słyszymy głosy znajomych i nieznajomych, uliczny hałas, lubimy słuchać muzyki. Ale czy można dźwięki – fale akustyczne – zaprząc do wykonania jakiejś poży-tecznej pracy ? Na przykład to tego by „na zawołanie” wywoływać reakcje chemiczne ?

Typowy obraz chemika to osobnik w poplamionym fartuchu, podgrzewający za pomocą palnika kolbę z jakąś substancją. Jest w tym nieco prawdy. Zwykle żeby zapoczątkować reakcję che-miczną trzeba dostarczyć do układu energii, na przykład w postaci ciepła – stąd palnik, zresztą

coraz rzadziej używany w laboratoriach. Ale czy dźwięk niesie ze sobą jakąś energię i czy można jej użyć do zainicjowania reakcji ?

Każdy słyszał opowieści o wybitnych śpiewa-kach, obdarzonych tak silnym głosem, że potra-fili kruszyć szklanki. Jest to faktycznie możliwe, a ilustrujące to filmy można znaleźć w Internecie. To, podobnie jak i wiele innych obserwacji, prze-konuje nas, że fale akustyczne niosą ze sobą pewną energię. Sonochemia to nauka, która wykorzystuje energię fal akustycznych do prowa-dzenia rozmaitych reakcji chemicznych. Zatem chemia bez palnika jest możliwa. Nie znaczy to jednak, że można wywołać reakcję przemawia-jąc, czy nawet krzycząc do probówki. Zamiast

WpŁyW proMienioWAniA jonizującego nA WŁAściWości biologiczne bioMAteriAŁóW WytWorzonych z kopoliMeróW nA bAzie WęglAnu triMetylenu i kWAsu MlekoWego – politechnikA ŁódzkA

Powstawanie reakcji sonochemicznych w wo-dzie zawierającej pęcherzyki gazu (tak zwane pęcherzyki kawitacyjne), które drgają pod wpły-wem fali akustycznej

56

fal akustycznych o częstotliwościach słyszalnych przez ludzi w naszej pracowni sonochemicznej używamy ultradźwięków, czyli dźwięków wyższych od tych, które możemy usłyszeć. Jak wiemy, niektóre zwierzęta, na przykład nietoperze, potrafią wytwarzać i wykorzystywać ultradźwięki. My jednak stosujemy do wytwarzania ultradźwięków urządzenia mechaniczne, tak zwane reaktory ultradźwiękowe. Okazuje się, że w wielu przypadkach reakcje inicjowane sonochemicznie są bardzo interesujące i, co ważne, mogą być przydatne w wielu dziedzinach - od otrzymywania polimerów, poprzez przeróbkę ropy naftowej do oczyszczania ścieków. Ponadto, można sterować przebiegiem tych reakcji odpowiednio dobierając częstotliwość ultradźwięków – przekładając to na dźwięki słyszalne można by powiedzieć, że reakcje przebiegają różnie w zależności od tego, czy nasz reaktor śpiewa sopranem czy basem.

Przyszłość sonochemii jest również związana z medycyną. Badania sonochemiczne mogą po-móc w konstruowaniu coraz lepszych urządzeń do ultrasonografii i nowych metod lokalnego dostarcza-nia leków, ale także mogą przyczynić się do rozwo-ju, a w przyszłości do praktycznego zastosowania, nowych rodzajów terapii, zwłaszcza w onkologii.dr hab. inż. piotr ulańSki prof. nadzw. politechniki łódzkieJ

biomateriały polimerowe

Jestem doktorantką na Wydziale Che-micznym Politechniki Łódzkiej. Moja pra-ca związana jest z otrzymaniem nowych biodegradowalnych materiałów polime-rowych, które zostaną w przyszłości wy-korzystane do produkcji biomateriałów, oceną ich właściwości fizykochemicznych i biologicznych oraz nad ich sterylizacją.

biomateriały to materiały i wyroby przeznaczone do funkcjonowania w kon-takcie z żywą tkanką i/lub płynami ustrojo-wymi. Mogą to być materiały i urządzenia stosowane zewnętrznie (na przykład opa-trunki) bądź wszczepiane do organizmu (elementy implantów), jak również przezna-czone do chwilowego nawet kontaktu ze składnikami żywego ustroju (takie jak igły i strzykawki). Biomateriały wykonane z poli-

W pracowni sonochemicznej. Przygotowanie reaktora sonochemicznego do kolejnego

doświadczenia (fot. archiwum PŁ)

57

merów biodegradowalnych po wszczepie-niu do organizmu są stopniowo zastępo-wane przez naturalną tkankę, a one same ulegają rozkładowi w sposób bezpieczny dla pacjenta.

Rosnące zapotrzebowanie na biomate-riały, m.in. z uwagi na starzenie społeczeń-stwa oraz postępy medycyny, sprawia, że rynek materiałów stosowanych obecnie w medycynie i zakres badań naukowych w tej dziedzinie charakteryzują się dużą dynamiką rozwoju. Opracowywane są nowe polimery o niezwykłych własno-ściach fizykochemicznych i biologicznych, które mogą być wykorzystywane do pro-dukcji implantów podtrzymujących funkcje ustroju, składników sztucznych lub hybry-dowych organów wewnętrznych, implan-towalnych struktur trójwymiarowych dla inżynierii tkankowej oraz substancji farma-kologicznie czynnych.

Przykładem takiego biomateriału wyko-nanego z biodegradowalnych polimerów są osłonki polimerowe przeznaczone jako implant do regeneracji nerwów obwodo-wych (Rysunek 1). Rekonstrukcja uszko-dzeń nerwów obwodowych stanowi jeden z istotniejszych problemów współczesnej medycyny. Metoda tubulizacji jest naj-bardziej znaną alternatywą dla technik tradycyjnych przy większych uszkodze-niach nerwu. Wykorzystuje ona struktury o kształcie rurek (tub), które zakłada się w miejscu uszkodzenia. Ich głównymi zadaniami są mechaniczna stabilizacja uszkodzonego nerwu oraz fizyczne nakie-rowanie wzrastających aksonów na siebie. Tuby takie tworzą swego rodzaju kanał izolacyjny dla dyfundujących czynników wzrostu, równocześnie redukując infiltrację powstającej tkanki bliznowatej przez płyny ustrojowe oraz zapobiegając powstawaniu nerwiaka.

Rysunek 1. Przykład biomateriału a) osłonka polimerowa b) zdjęcie przekroju poprzecznego osłonki z mikroskopu elektronowego

a b

58

Przedstawiona osłonka została przy-gotowana w Zespole Chemii Radiacyjnej Stosowanej w ramach Projektu „Nerve re-generation”.

Biomateriały muszą być sterylne w celu wyeliminowania ryzyka infekcji, a wybrany sposób sterylizacji nie powinien pogarszać ich właściwości użytkowych. W moich badaniach pracuję nad zastosowaniem wiązki przyspieszonych elektronów do sterylizacji biomateriałów polimerowych. W tym celu wykorzystuję liniowy akcele-rator elektronów generujący wiązkę elek-tronów o energii 6 MeV (Rysunek 2). Taka metoda sterylizacji jest coraz częściej sto-sowana ze względu na jej skuteczność

oraz niezawodną kontrolę procesu techno-logicznego, a także ze względu na liczne zalety w stosunku do metod termicznych i chemicznych, w tym możliwość steryliza-cji produktu w końcowych opakowaniach handlowych, krótki czas trwania procesu - od kilku minut do godziny, brak okresu „kwarantanny” - produkt od razu po za-kończeniu sterylizacji nadaje się do użyt-ku - oraz w szczególnych przypadkach możliwość połączenia etapu wytwarzania produktu ze sterylizacją.

Powstające innowacyjne materiały poli-merowe, modyfikacja ich własności i udo-skonalenie metod ich sterylizacji pociągają za sobą konieczność przeprowadzenia ba-dań biologicznych. Jest to bardzo ważny etap prac, ponieważ częstą przeszkodą do zastosowania danego materiału w me-dycynie mimo znakomitych właściwości fizykochemicznych jest niewystarczająca biozgodność w kontakcie z żywym organi-zmem. Ocena biozgodności opracowywa-nych materiałów była głównym celem ba-dawczym grantu „Wpływ promieniowania jonizującego na właściwości biologiczne kopolimerów na bazie węglanu trimetylenu i kwasu mlekowego przeznaczonych do zastosowań medycznych” przyznanego przez Marszałka Województwa Łódzkiego dla wybitnych młodych naukowców.

Rysunek 2. Liniowy akcelerator elektronów ELU-6e (zdjęcie z archiwum Politechniki Łódzkiej)

59

RAfAŁ JAchOWIcZ

Robot mobilny pola walki ROBOKIS 2Nasza motywacjaJuż od kilkudziesięciu lat nauka próbuje zastąpić człowieka, w miejscach i przy czynnościach,

które są dla niego niebezpieczne, robotami o cechach autonomicznych. Podejście takie jest zrozumiałe, gdyż ceny urządzenia nigdy nie będzie można porównać z bezcennym życiem ludz-kim. Szczególnym przypadkiem tego typu sytuacji, w których autonomiczna maszyna wydaje się niezbędna, jest poszukiwanie i neutralizowanie ładunków wybuchowych pozostawionych w stre-fach objętych działaniami wojennymi. Koszt umieszczenia jednej miny przeciwpiechotnej może wynosić zaledwie kilka dolarów, a średni koszt jej znalezienia i zneutralizowania może być nawet tysiąc razy większy. Na polskim rynku próżno szukać rozwiązań, które choć po części mogłyby spełniać wymagania stawiane rozwiązaniom militarnym1, przeznaczonym do autonomicznego przeszukiwania terenu i neutralizowania ładunków wybuchowych, w tym ładunków improwizo-wanych (IED, z ang. Improvised Explosive Device). Nawet na rynku światowym takie roboty to dopiero faza całkowicie rozwojowa, nie nadająca się jeszcze do rzeczywistej eksploatacji.2,3,4

ROBOKIS 2Ze względu na zauważalny niedobór tego typu urządzeń, my jako Instytut Informatyki Stoso-

wanej Politechniki Łódzkiej, opracowaliśmy i skonstruowaliśmy robota, przeznaczonego m.in. do wyszukiwania i neutralizowania ładunków wybuchowych. Instytut przeprowadził szereg badań nad możliwością zastosowania do tego celu rozwiązań indukcyjnych5, georadarów6 oraz pojem-nościowej tomografii procesowej7. Cały projekt kosztował ponad 5,5 MLN złotych i zakończył się całkowitym sukcesem, czego dowodem może być prezentacja robota na Międzynarodowym Salonie Przemysłu Obronnego w Kielcach w 2011 i 2013 roku oraz liczne publikacje z czego

zAstosoWAnie AlgorytMóW opArtych nA rAchunku różniczkoWyM niecAŁkoWitego rzędu do WyznAczAniA ścieżki ruchu plAtforMy Mobilnej – politechnikA ŁódzkA

60

najważniejsze to pięć rozdziałów w monografii „Computer Vision in Robotics and Industrial Ap-plications” zatwierdzonej do druku przez amerykańskie wydawnictwo World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.8-12

Co nas wyróżnia?Główną zaletą robota ROBOKIS 2, w porównaniu do innych podobnych rozwiązań krajowych1

i zagranicznych13,14, jest jego autonomia. Proponowanym przez nas rozwiązaniem zainteresowane jest Wojsko Polskie, a także Państwowa Straż Pożarna. Jestem przekonany, że kontynuacja ba-dań i wdrożenie gotowego do sprzedaży produktu sprawi, iż nasz region stanie się znaczącym udziałowcem w światowych zmaganiach dotyczących rynku autonomicznych robotów mobilnych.prof. dr hab. inż. doMinik SankowSkiLiteratura i źródła internetowe:1. Strona poświęcona produktom Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów (wiodącego producenta robotów

mobilnych w Polsce) - www.antyterroryzm.com2. Strona konkursu robotów saperskich - http://www.armrobotics.am/eng/bcompetition3. Egipski robot wykrywający miny - http://www.challenge.toradex.com/projects/10092-minesweeper-robot4. Amerykański robot wykrywający miny - http://www2.vernier.com/sample_labs/STEM2-20-COMP-mine_sweeper.pdf5. McMichael, I.T., Nallon, E.C., Schnee, V.P., Scott, W.R., Mirotznik, M.S. EBG Antenna for GPR Colocated With a Metal

Detector for Landmine Detection. Geoscience and Remote Sensing Letters, IEEE, 2013, pp. 1329 - 13336. Sugak, V.G., Sugak, A.V. Phase spectrum of signals in ground Penetrating Radar applications. IEEE Radar Conference

in Pasadena, CA, 20097. Banasiak, R., Ye, R., Soleimani, M. Improving three-dimensional electrical capacitance tomography imaging using

approximation error model theory. Journal of electromagnetic waves and applications, 2012, pp. 411-4218. Adam Wulkiewicz, Rafał Jachowicz, Sylwester Błaszczyk, Piotr Duch, Maciej Łaski, Dominik Sankowski and Piotr

Ostalczyk. Advanced vision systems in detection and analysis of characteristic features of objects. Computer Vision in Robotics and Industrial Applications, 2013, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., pp. 99-124

9. Rafał Jachowicz, Sylwester Błaszczyk, Piotr Duch, Maciej Łaski, Adam Wulkiewicz, Dominik Sankowski and Piotr Ostal-czyk. Pattern recognition and optical flow algorithms for navigation of mobile platform. Computer Vision in Robotics and Industrial Applications, 2013, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., pp. 125-148.

10. 10. Piotr Duch, Rafał Jachowicz, Sylwester Błaszczyk, Maciej Łaski, Adam Wulkiewicz, Piotr Ostalczyk and Dominik Sankowski. Partial fractional-order difference in the edge detection. Computer Vision in Robotics and Industrial Ap-plications, 2013, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., pp. 149-168.

11. Sylwester Błaszczyk, Rafał Jachowicz, Piotr Duch, Maciej Łaski, Adam Wulkiewicz, Piotr Ostalczyk and Dominik San-kowski. Application of fractional-order derivative for edge detection in mobile robot system. Computer Vision in Ro-botics and Industrial Applications, 2013, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., pp. 169-182.

12. Maciej Łaski, Sylwester Błaszczyk, Piotr Duch, Rafał Jachowicz, Adam Wulkiewicz, Dominik Sankowski and Piotr Ostalczyk. Management software for distributed mobile robot system. Computer Vision in Robotics and Industrial Applications, 2013, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., pp. 79-98.

13. Niemiecki robot Teodor - http://www.xtek.net/eod-iedd/eod-robotics/telerob-teodor/#.UrQmeeIlr2Y14. Amerykański robot Talon - http://www.globalsecurity.org/military/systems/ground/talon.htm

61

Przyjemne z pożytecznym

Projekt robota mobilnego pola walki to doskonałe połączenie badań nad za-awansowanymi technologiami, bogatej wiedzy technicznej oraz niezwykle istotne-go podejścia praktycznego. Ze względu na przeznaczenie robota, czyli możliwość wykrywania i neutralizacji ładunków wybu-chowych, konstruktorzy położyli najwięk-szy nacisk na niezawodność pracy ca-

łego systemu. Wykrywanie podejrzanych obiektów jest realizowane przez indukcyj-ny wykrywacz metali, który jest w stanie znaleźć zakopaną w ziemi iglicę miny przeciwpiechotnej. Neutralizacja znale-zionych obiektów jest z kolei realizowana poprzez możliwość umieszczenia kontrła-dunku, odjazd na bezpieczną odległość oraz detonację.

Nie tylko miny

Założeniem projektu robota mobilne-go pola walki było nie tylko opracowa-nie skutecznych metod wyszukiwania ładunków wybuchowych, ale także de-tekcji innych zagrożeń, która jest możliwa dzięki wyposażeniu robota w zaawanso-wany technologicznie system percepcji. ROBOKIS 2 (rys. 1), bo tak nazywa się dzieło konstruktorów z Instytutu Informa-tyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej, to jednostka wielofunkcyjna posiadająca do dyspozycji cztery kamery: kamerę świa-tła widzialnego o wysokiej rozdzielczości, kamerę termowizyjną, kamerę o podwyż-szonej czułości, która z powodzeniem może zastąpić wojskowe kamery nokto-wizyjne oraz kamerę stereowizyjną1,2, za pomocą której system może oszacować odległość do otaczających robota obiek-tów. Wymienione kamery wraz z diodami Rysunek 1. ROBOKIS 2

62

podświetlającymi, zostały zainstalowane w głowicy robota, która z kolei zamon-towana jest na ramieniu obserwacyjnym o czterech stopniach swobody.

Elektroniczne zmysły

Wśród pozostałych czujników pozo-stających do ciągłej dyspozycji systemu należy wymienić skaner laserowy, omia-tający otoczenie bezpieczną dla ludzkie-go oka wiązką. Dzięki temu urządzeniu jest możliwe modelowanie nieznanego dotąd środowiska, w którym porusza się jednostka oraz wyznaczanie optymalnej i bezkolizyjnej trajektorii ruchu, gdy po-jazd porusza się w sposób autonomicz-ny. Dodatkowymi czujnikami są: odbior-

nik sygnału pozycjonowania globalnego (GPS), czujniki ultradźwiękowe, pod-czerwone czujniki zbliżeniowe, akcele-rometry, żyroskopy, czujniki temperatury. Wszystkim zarządza rozproszony sys-tem operacyjny pracujący na kilkunastu mikrokontrolerach i procesorach DSP3,4, którego mózgiem jest nowoczesny zmi-niaturyzowany komputer, osiągami prze-wyższający możliwości zdecydowanej większości komputerów stacjonarnych, a którego całkowitą powierzchnię zaj-muje obszar kartki papieru, pokrywają-cy to zdanie. Wszystko to zamknięte jest w wodoszczelnej amfibicznej obudowie, która umożliwia pływanie w wodzie. Udo-

Rysunek 2. Pokonywanie przeszkód

Rysunek 3. Oculus Rift Development Kit5

63

skonalona o nowatorskie półzależne zawieszenie platforma jezdna pozwala na pokonywanie przeszkód terenowych takich jak kłody, krawężniki, sterty liści, krzewy, korzenie, kałuże itp. (rys. 2).

Świat oczami robota

Głównym atutem robota ROBOKIS 2 są jego cechy autonomiczne. Dzię-ki zaawansowanym, autorskim algoryt-mom przetwarzania i analizy obrazów jednostka może wykrywać, śledzić oraz podążać za różnymi obiektami takimi jak znaczniki, postacie ludzkie, twarze, oznakowane pojazdy i wiele innych. Układ kamer jest w stanie automatycz-nie pozycjonować się względem wybra-nych obiektów co eliminuje konieczność ciągłej kontroli pojazdu przez operatora. Robot potrafi dojechać do zadanej pozy-cji GPS samodzielnie omijając przeszko-dy bez korzystania z mapy. Ponadto ma wiele funkcjonalności wspomagających pracę operatora, takie jak algorytm skła-dania i integracji obrazów, czy trójwy-miarowy system wyświetlania, który jest najnowocześniejszym rozwiązaniem tego typu, niespotykanym dotąd w po-dobnych zastosowaniach w skali świato-wej (rys. 3). To właśnie dzięki funduszom w postaci Stypendium Marszałka Woje-

wództwa Łódzkiego udało się dopraco-wać i przetestować ten skomplikowany system wizyjny robota, na który składa się podsystem percepcji i autonomii oraz moduł wyświetlania.

literatura i źródła internetowe:

1. Kamera stereowizyjna PointGray Bumblebee - http://ww2.ptgrey.com/stereo-vision/bumblebee-2

2. Wong, F., Nagarajan, R., Yaacob, S. Application of stereovision in a naviga-tion aid for blind people. Information, Communications and Signal Proces-sing, 2003, pp. 734 - 737

3. Satapathi, G.N., Srihari, P., Jyothi, A., Lavanya, S. Prediction of cancer cell using DSP techniques. Communica-tions and Signal Processing (ICCSP), 2013 International Conference in Mel-maruvathur

4. Czasopismo poświęcone cyfrowemu przetwarzaniu sygnałów - http://www.journals.elsevier.com/digital-signal-processing/

5. Oficjalna strona Oculus Rift - http://www.oculusvr.com/

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz z budżetu samorządu województwa łódzkiego

Wydawca: Województwo ŁódzkieUrząd Marszałkowski Województwa Łódzkiegoal. Piłsudskiego 8, 90-051 ŁódźDepartament Kultury i Edukacjial. Piłsudskiego 8 tel. /+48/ 42 291 98 2090-051 Łódź fax. /+48/ 42 291 98 22www.lodzkie.pl sekretariatke@lodzkie.plwww.intelektualne.lodzkie.pl

Autorzy tekstu: Adamus Agnieszka, Burchard-Dziubińska Małgorzata, Chałubińska-Fendler Justyna, Fijuth Jacek, Jachowicz Rafał, Jakubiec Tomasz, Komasa Justyna, Laskowska Anna, Niedzielski Piotr, Rudnicka Wiesława, Sankowski Dominik, Skwierczyński Przemysław, Smętkiewicz Karolina, Szkurłat Elżbieta, Szubska-Włodarczyk Natalia, Szufa Szymon, Ulański Piotr, Włodarczyk Marcin, Zaborski Marian.

Zdjęcia: Zdjęcia pochodzą z materiałów autorów tekstów umieszczonych w publikacji

Edycja, projekt, skład, opracowanie graficzne i druk: Oficyna Drukarska Jacek Chmielewski

Copyright by Województwo ŁódzkieUrząd Marszałkowski Województwa Łódzkiego, Łódź 2014 ISBN: 978-83-60901-17-5

Publikacja przeznaczona jest do bezpłatnej dystrybucji

Łódzkie intelektualne – naukowcy dla przedsiębiorców

Fundusze Europejskie dla rozwoju regionu łódzkiego

ISBN: 978-83-60901-17-5Publikacja przeznaczona jest do bezpłatnej dystrybucji