Sėkminga mokslo ir verslo partnerystė

VU Chemijos ir geomokslų fakulteto Chemijos institutas kartu su VU Fizikos fakulteto Lazerinių tyrimų centru ir verslo įmone „Femtika“ daugiau kaip dvejus metus bendradarbiauja kurdami trimates mikro- ir nanomatmenų keramines struktūras.

„Mūsų, kaip chemikų, užduotis – sukurti naują medžiagą, iš kurios būtų galima spausdinti itin mažas aukštos skiriamosios gebos 3D struktūras. Lazerinių tyrimų centro mokslininkai medžiagą apdoroja lazeriu ir atlieka spausdinimo procesą. Verslo užduotis – rasti šio produkto taikymo sritis ir jį komercializuoti“, – apie sėkmingą bendadarbiavimą pasakoja prof. S. Šakirzanovas.

 

Aukštoje temperatūroje gimsta naujos medžiagos

Pasak mokslininko, dažniausiai 3D objektams spausdinti naudojamos polimerinės organinės medžiagos. Tačiau šiuose moksliniuose tyrimuose išbandoma nauja medžiagos klasė – keramika, kuri savo fizinėmis ir cheminėmis savybėmis smarkiai skiriasi nuo metalų ar organinių medžiagų.

Pirminė medžiaga, su kuria dirba mokslininkas, yra metalo organinis darinys, kuriame mažiau organinės dalies, daugiau neorganinės. Po terminio apdirbimo organinė dalis atskyla ir lieka tik neorganinė, t. y. keramika arba stiklas. „Šios medžiagos daug atsparesnės cheminiam poveikiui ir aukštai temperatūrai“, – tvirtina prof. S. Šakirzanovas.

Priklausomai nuo to, kokią medžiagą ir kokį objektą norima gauti, terminio apdorojimo temperatūra gali siekti nuo 500 iki 1500 laipsnių. Šis procesas turi du privalumus – pirmiausia, objektas susitraukia. „Su lazeriu galima suformuoti nuo 100 iki 200 nanometrų skiriamosios gebos darinius, o po terminio apdirbimo 3D struktūros susitraukia, sumažėja, atstumas tarp atskirų komponentų tampa mažesnis nei 100 nanometrų.  Tokias struktūras jau pagal apibrėžimą galima vadinti nanosistemomis. Antras terminio apdirbimo privalumas – pirminė medžiaga skyla, organinė dalis pasišalina, lieka tik neorganinė“, – paaiškina profesorius.

 

Pagamino mažiausią pasaulyje trimatį Vytį

Prof. S. Šakirzanovo darbo grupės užduotis – paruošti mišinius mikro- ir nanodydžio erdvinėms struktūroms spausdinti. Iš paruošto mišinio yra padaromas gelis, iš jo suformuojamas lašas, o jame lazeriu nupiešiama trimatė struktūra. Kaip pasakoja mokslininkas, lazerio spindulys sufokusuojamas tam tikrame erdvės taške ir toje vietoje medžiaga tampa netirpi. Tokiu būdu, skenuojant lazeriu, yra suformuojama 3D struktūra. Po tokio 3D spausdinimo medžiaga, kuri nesureaguoja, išplaunama ir lieka trimatis darinys, kurį galima toliau apdoroti.

Mokslininko kolektyvas dirba chemijos laboratorijoje, kurioje yra visos galimybės atlikti tokius bandymus, mat pastaraisiais metais eksperimentinė bazė ir įranga joje sparčiai tobulėjo. Įrangos funkcionalumu ir naujumu VU Chemijos ir geomokslų fakulteto laboratorijos neatsilieka nuo Vakarų Europos.

Nors pasaulio mokslininkams pavyksta mažinti mikroobjektų matmenis juos kaitinant, tačiau iki šiol medžiagos faziniai virsmai nuodugniai tirti nebuvo. VU mokslininkai atskleidė, kad, kaitinant hibridinį polimerą aukštesnėje nei 1000 °C temperatūroje, jo organinė dalis išgaruoja, o likusi neorganinė dalis virsta iš stikliškos į kristalinę.

Chemikas didžiuodamasis demonstruoja 50 kartų už aguonos grūdą mažesnį išspausdintą trimatį Vytį – 100 000 kartų sumažintą prie Kauno pilies stovinčios Vyčio skulptūros (skulptoriai Borysas Krylovas, Arūnas Sakalauskas, Olesius Sydorukas) kopiją. Šis darinys yra bendras chemikų ir fizikų (VU Lazerinių tyrimų centro dr. Mangirdo Malinausko mokslinės grupės) darbas.

„Dirbame su tokiais mažais dydžiais, kad jiems charakterizuoti optinio mikroskopo jau nepakanka. Tokio objekto nuotrauką įmanoma padaryti tik skenuojančiu elektroniniu mikroskopu“, – paaiškina mokslininkas.

 

Lietuviai – vieni pirmųjų pasaulyje

3D keramikos spausdinimas – visiška naujovė. Pasak profesoriaus, iš publikacijų mokslinėje spaudoje galime spręsti, kad VU mokslininkai šiuos tyrimus atliko vieni pirmųjų pasaulyje.

„Didžiulis ažiotažas kilo, kai pradėjome dirbti, tačiau ir šiuo metu susidomėjimas dar neatslūgo. Įmonės „Femtika“ pavyzdys rodo, kad 3D keraminėmis struktūromis domisi potencialūs verslo klientai, kurie norėtų įsigyti šiuos produktus“, – sako chemikas.

Trimačiai maži dariniai gali būti naudojami daug kur, pavyzdžiui, kaip implantai medicinoje, kur specifiškai suformuoti paviršiai geriau suauga su audiniais. Pasak cheminių medžiagų tyrėjo, daugelis galimų pritaikymo atvejų nukeltų mus į mokslinės fantastikos sritį, pavyzdžiui, robotai, kurie keliauja kraujagyslėmis ir gydo ligas. Žinoma, iki tokių rezultatų dar toli, bet mokslininkai jau dirba šia linkme.

Profesoriaus teigimu, 3D keraminės struktūros gali būti naudojamos net ir laikrodžių gamyboje, kur reikalingi preciziškai išspausdinti komponentai. Kol kas spausdinamos mechaninės dalys, tiriamos 3D objekto fizinės savybės. Tai gana ilgas ir sudėtingas darbas.

 

Įmonės graibsto gerus specialistus

Prof. S. Šakirzanovas apgailestauja, kad pastaruoju metu chemijos mokslai nėra patys populiariausi, jaunimas labiau domisi informacinėmis technologijomis. „Chemijai, biologijai ir fizikai skiriama mažiau dėmesio. Labai gaila, nes toks požiūris visiškai nepagrįstas. Jei per studijas netinginiauji, tampi geru specialistu, atsiveria plačios galimybės susirasti darbą, siekti karjeros ir gauti adekvatų atlyginimą. Sąlygos yra, tik reikia motyvacijos ir noro“, – įsitikinęs dėstytojas.

Anot mokslininko, akivaizdu, kad vis daugiau ekonomikos sričių užvaldo automatizacija ir robotizacija, sparčiai plėtojamos mokslo inovacijos, todėl fizinių mokslų specialistų poreikis tik augs. Lietuvoje yra gana daug stiprių įmonių, kurioms reikia gerų chemijos specialistų. Be to, reikia pasakyti, kad universitetui gana sunku konkuruoti su privačiu verslu, kuris siūlo gerokai didesnius atlyginimus. Tad išugdyti specialistai dažnai pasuka į verslą, tačiau tai natūralus procesas.

Kita vertus, gabus jaunimas skatinamas likti dirbti VU, sudarytos galimybės dalyvauti įvairiuose projektuose. Pavyzdžiui, šis bendradarbiavimo projektas prasidėjo nuo Lietuvos mokslo tarybos konkursinės doktorantūros, kuri finansuojama Europos Sąjungos lėšomis. Doktorantūros temos atrenkamos konkurso būdu, kartu gali dalyvauti ir verslas, kuris mokslo tyrimams ieško rinkos. „Tai gera simbiozė. Mes užsiimame fundamentiniais mokslais, o verslas ieško galimybių uždirbti“, – partneryste džiaugiasi prof. S. Šakirzanovas.