Łódzkie intelektualne naukowcy dla przedsiębiorców

Transkrypt

1 Łódzkie intelektualne naukowcy dla przedsiębiorców Projekt współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz z budżetu samorządu województwa łódzkiego. Fundusze Europejskie dla rozwoju regionu łódzkiego

2 Łódzkie intelektualne naukowcy dla przedsiębiorców Łódź 2014

3 Spis treści SŁOWO WSTĘPNE MARSZAŁKA WOJewództwa ŁÓDZKIEGO 4 WSTĘP 5 natalia szubska-włodarczyk, Małgorzata Burchard-Dziubińska Analiza możliwości zaangażowania obszarów wiejskich w rozwój energetyki odnawialnej w województwie łódzkim szacunek produkcji biomasy rolnej w gospodarstwach rolnych 7 Anna Laskowska, Marian Zaborski Nanokompozyty elastomerowe o podwyższonych parametrach użytkowych zawierające napełniacze warstwowe 12 szymon szufa Toryfikacja biomasy 16 justyna komasa, Piotr Ulański Termoczułe rusztowania do hodowli komórek skóry przeznaczone do leczenia przewlekłych ran i oparzeń 22 Marcin Włodarczyk, Wiesława Rudnicka 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 26 2

4 Justyna Chałubińska-Fendler, Jacek Fijuth Różnicowanie 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 Niedzielski Wytwarzanie nanostrukturalnych warstw C/Hap hybrydową metodą plazmową RF PACVD MS dla potrzeb medycyny 36 Karolina Smętkiewicz, Elżbieta Szkurłat Świadomość społeczna wykorzystywania wód geotermalnych w województwie łódzkim i landzie Styria 45 Tomasz Jakubiec Rola samorządów terytorialnych w kreowaniu rynku zielonych zamówień publicznych na podstawie doświadczeń regionu łódzkiego i wybranych regionów europejskich 51 agnieszka adamus, Piotr Ulański Wpływ promieniowania jonizującego na właściwości biologiczne biomateriałów wytworzonych z kopolimerów na bazie węglanu trimetylenu i kwasu mlekowego 55 Rafał Jachowicz, Dominik Sankowski Zastosowanie algorytmów opartych na rachunku różniczkowym niecałkowitego rzędu do wyznaczania ścieżki ruchu platformy mobilnej 59 3

5 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 4

6 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 ,00 zł, natomiast dofinansowanie w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Łódzkiego to kwota ,00 zł. Projekt wpływa na podniesienie atrakcyjności regionu poprzez unikatowość promowanej 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, przedsiębiorcy, 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, łódzkich 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 wykorzystują potencjał łódzkich naukowców. Statuetki Marszałka Województwa Łódzkiego to jedno z narzędzi mających na celu promocję wspólnych projektów sfery nauki i biznesu oraz upowszechnianie 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. 5

7 Łódzkie akademickie centrum Polski Oferujemy: Stypendia naukowe Marszałka Województwa Łódzkiego: u skierowane do uczniów i studentów z terenu województwa łódzkiego, osiągających znaczące sukcesy w różnych dziedzinach nauki u możliwość uzyskania dofinansowania na dalszy rozwój naukowy w kwocie do 10 tys. zł Stypendia artystyczne Marszałka Województwa Łódzkiego: u skierowane do uczniów i studentów szkół artystycznych z terenu województwa łódzkiego u możliwość uzyskania dofinansowania w kwocie do 10 tys. zł na dalszy rozwój kariery artystycznej u stypendium w kategorii młody twórca przyznawane na realizację projektu artystycznego w kwocie do 17 tys. zł Stypendia naukowe Marszałka Województwa Łódzkiego dla wybitnych młodych naukowców: u skierowane do doktorantów, zgłoszonych do konkursu przez uczelnie z terenu województwa łódzkiego u możliwość dofinansowania w kwocie do 20 tys. zł na realizację projektu naukowo 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 6

8 natalia szubska-włodarczyk Analiza 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 ŁÓDZKIM Realizowany pod moim kierownictwem naukowym przez panią mgr Natalię Szubską-Włodarczyk 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 klimatyczno 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 istniejącym, a przy tym jednym z najbardziej powszechnie dostępnych źródeł energii, świetnie nadającym 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 biomasy 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. 7

9 Specyfiką tego typu rynków jest ich lokalny charakter, gdyż zarówno z ekonomicznego, jak i ekologicznego 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 BIOMASA ROLNA JAKO SZANSA ROZWOJU PRZEDSIĘBIORCZOŚCI W WOJEWÓDZTWIE ŁÓDZKIM Uprawa wierzby energetycznej Projekt badawczy pt.: Analiza możliwości zaangażowania obszarów wiejskich w rozwój energetyki odnawialnej w województwie łódzkim szacunek produkcji biomasy rolnej w gospodarstwach rolnych obejmuje kluczowe zagadnienia dotyczące wyzwań, jakie stawia Unia Europejska wobec krajów członkowskich. Nawiązuje do zadań sformułowanych w Strategii Europa 2020, jak również polityce energetycznej i klimatycznej UE. Ma służyć rozpoznaniu możliwości województwa łódzkiego w realizacji takich celów jak inteligentny, zrównoważony 8

10 rozwój zapobiegający wykluczeniu społecznemu poprzez wzrost wykorzystania eko-innowacji, rozwój odnawialnych źródeł energii, poprawy efektywności energetycznej, efektywnego gospodarowania zasobami naturalnymi. UWARUNKOWANIA POSZUKIWANIA NOWYCH ROZWIĄZAŃ W Polsce wyraźnie widoczna jest potrzeba aktywizacji regionów w zakresie rozwoju zrównoważonej energetyki. W praktyce będzie to wiązać się z przejęciem części odpowiedzialności za wdrażanie wymogów Unii Europejskiej w zakresie polityki energetycznej przez jednostki samorządów terytorialnych. Służyć to będzie zwiększaniu bezpieczeństwa energetycznego poprzez wspieranie energetyki rozproszonej. Osiągnięcie wysokiej pozycji konkurencyjnej przez rolnictwo województwa łódzkiego jest możliwe, pomimo kilku czynników utrudniających ten proces. Do najważniejszych z nich należą: niska jakość gleb, okresowe zagrożenia deficytem wody, rozdrobnienie struktury agrarnej oraz niska produktywność, co się przekłada na niewielkie możliwości wzrostu dochodów gospodarstw rolnych. Biorąc pod uwagę znaczne środki finansowe z budżetu Unii Europejskiej przeznaczone na rozwój konkurencyjnych, niskoemisyjnych gospodarek, (w nowym programie 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 9

11 Istnieje realna możliwość wzrostu wielofunkcyjności oraz zróżnicowania źródeł dochodów gospodarstw rolnych poprzez wykorzystanie pozostałości produkcji rolnej, jak również poprzez zwiększenie areału upraw roślin energetycznych. Działania te mogą wywrzeć pozytywny wpływ na rozwój obszarów wiejskich także dzięki kreacji nowych, zielonych miejsc pracy. W województwie łódzkim istnieje znaczny potencjał produkcji energii zarówno z odpadów produkcji rolnej np. słomy, obornika, gnojowicy, jak również z upraw roślin energetycznych. Na podstawie 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 biogazu z obornika i gnojowicy. W przypadku upraw roślin energetycznych, biorąc pod uwagę uwarunkowania agrotechniczne ich uprawy, przyjęto założenie przeznaczenia na ten cel ewidencjonowanych nieużytków rolnych. Oszacowany poten % 90,00% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% ROŚLINY ENERGETYCZNE BIOGAZ DRÓB BIOGAZ BYDLŁO BIOGAZ TRZODA RZEPAK 0,00% POLSKA ŁÓDZKIE Udział poszczególnych rodzajów biomasy rolnej w ogóle potencjału teoretycznego (dane z oszacowania) ZBOŻA JARE ZBOŻA OZIME 10

12 cjał wynosiłby odpowiednio: 11,9 PJ energii z uprawy ślazowca pensylwańskiego, lub 19,6 PJ energii z upraw miskanta, lub około 0,22 PJ z upraw wierzby energetycznej. KORZYŚCI Z REALIZACJI PROJEKTU BADAWCZEGO Realizacja projektu badawczego dotyczącego możliwości wykorzystania biomasy rolnej w województwie łódzkim potwierdziła istnienie znacznego potencjału energetycznego zarówno w tradycyjnie prowadzonej produkcji roślinnej i zwierzęcej, jak i poprzez wzrost zagospodarowania nieużytków pod produkcję odpowiednio dobranych roślin energetycznych. Oznacza to, że istnieje realna możliwość rozwoju lokalnych rynków biomasy z przeznaczeniem jej na produkcję energii cieplnej i elektrycznej oraz biopaliw. Specyfika tych rynków polega na ich lokalnym charakterze wynikającym z nieopłacalności transportu biomasy na dalekie odległości. Związane jest to z negatywnym oddziaływaniem na środowisko przyrodnicze w sytuacji, kiedy emisje podczas transportu przewyższałyby korzyści związane z produkcją zielonej energii. Dlatego rekomenduje się rozwój energetyki rozproszonej, która pozwala na bardziej efektywne zagospodarowanie lokalnych surowców. Osiągnięcie postępu w tej dziedzinie wymaga jednak rozszerzenia doradztwa w zakresie dopasowania możliwości rozwoju energetycznego wykorzystania biomasy do specyfiki poszczególnych obszarów (gmin i powiatów), jak i wsparcia finansowego, bez którego dalszy dynamiczny rozwój rynków biomasy rolnej wydaje się być niemożliwy. Istotna rola do odegrania w tym zakresie przypada władzom wojewódzkim i lokalnym, które są podmiotem odpowiedzialnym za prowadzenie zrównoważonej energetyki na swoim terenie. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują na duże możliwości rozwoju przedsiębiorczości na obszarach wiejskich poprzez wsparcie działalności pozarolniczej oraz tworzenie klastrów, sieci badawczo rozwojowych i nowej współpracy pomiędzy firmami. W połączeniu z potencjałem naukowo badawczym stwarza to realne szanse uczynienia z województwa łódzkiego lidera w zakresie rozwoju i wdrażania innowacyjnych rozwiązań organizacyjnych i technicznych w aspekcie wykorzystania biomasy rolnej. 11

13 Anna Laskowska, Marian Zaborski Nanokompozyty elastomerowe o podwyższonych parametrach użytkowych zawierające napełniacze warstwowe Politechnika Łódzka Opracowanie receptury i technologicznego procesu wytwarzania kompozytów elastomerowych zawierających nanonapełniacze warstwowe umożliwia produkcję wyrobów gumowych charakteryzujących się nie tylko podwyższonymi parametrami mechanicznymi, lecz również znacznie ograniczoną przepuszczalnością gazów, zwiększoną stabilnością termiczną i odpornością 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 paliwowych. W odróżnieniu od tradycyjnych napełniaczy stosowanych w technologii elastomerów, napełniacze warstwowe wpływają na właściwości użytkowe i barierowe otrzymanych produktów już przy niewielkich stopniach napełnienia. Minerały płytkowe występują powszechnie 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 kompozytowych materiałów elastomerowych zawierających mineralne napełniacze warstwowe. Intensywne 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 12

14 Rola napełniaczy w kompozytach elastomerowych Elastomery należą do grupy materiałów wielkocząsteczkowych, które wymagają stosowania napełniaczy w celu poprawy właściwości eksploatacyjnych wyrobów finalnych oraz w celu obniżenia kosztów ich produkcji. Obecnie najpowszechniej stosowanym w przemyśle oponiarskim napełniaczem aktywnym, tj. wzmacniającym właściwości fizyczne kompozytów gumowych, jest sadza. Ma ona jednak pewne wady, do których zalicza się przede wszystkim jej petrochemiczne pochodzenie, wysoką energochłonność procesu wytwarzania sadzy oraz brak możliwości barwienia wyrobów, ze względu na czarny kolor sadzy. Mineralne napełniacze warstwowe Naturalne minerały warstwowe (Rysunek 1.) stanowią obiecującą alternatywę dla powszechnie stosowanych w przemyśle gumowym sadz i krzemionek. Ze względu na nanometryczną budowę warstw (cząstki o wymiarach w skali nanometrów 10-9 m), płytkowy kształt cząstek oraz nieorganiczne pochodzenie a b c Rysunek 1. Zdjęcia elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) mikrostruktury napełniaczy warstwowych stosowanych w kompozytach elastomerowych: (a) podwójne wodorotlenki warstwowe LDH, (b) hydrotalkit, (c) hektoryt. 13

15 od napełniaczy warstwowych oczekuje się wpływu nie tylko na poprawę parametrów mechanicznych, ale również ograniczenia przepuszczalności gazów (poprawy właściwości barierowych Rysunek 2.) i zwiększenia stabilności termicznej i chemicznej kompozytów elastomerowych, co stanowi niewątpliwą zaletę tych materiałów. Kompozyty elastomerowe charakteryzujące się wymienionymi 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 rozwoju w przemyśle tworzyw sztucznych. W nanokompozytach polimerowych fazę ciągłą stanowi polimer, natomiast napełniacz o wymiarach cząstek od 1 do 100 nm powinien być w niej jednorodnie zdyspergowany, wówczas już niewielka 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, stężenie fazy rozproszonej), nie mniej jednak właściwości finalne kompozytu zawsze zależą od stopnia rozproszenia napełniacza (dyspersji) w ośrodku elastomerowym i oddziaływań zachodzących na granicy faz pomiędzy komponentami (napełniacz - elastomer). Istotną wadą nanonapełniaczy o strukturze warstwowej jest ich tendencja do tworzenia agregatów i aglomeratów (dużych skupisk cząstek) w ośrodku polimerowym, co niekorzystnie wpływa na parametry eksploatacyjne wyrobu końcowego. Problem technologiczny Wiele uwagi poświęca się opracowywaniu rozwiązań otrzymywania kompozytów o homogenicznej strukturze, w której cząstki napełniacza zostają równomiernie rozprowadzone w całej objętości ośrodka zapewniając jednorodność właściwości oraz maksymalne wykorzystanie wzmacniającego potencjału fazy rozproszonej. Aplikacja nanonapełniaczy w procesach przetwórczych elastomerów wciąż stanowi duże wyzwanie technologiczne z powodu trudności związanych z otrzymaniem kompozytów o jednorodnej mikrostrukturze i powtarzalnych 14

16 właściwościach fizykochemicznych, dlatego też nie są one praktycznie stosowane w przemyśle elastomerów. Jednym z proponowanych rozwiązań tego problemu jest zastosowanie środków poprawiających dyspersję napełniacza oraz dobór optymalnych parametrów procesu wytwarzania materiałów kompozytowych zawierających mineralne napełniacze warstwowe (temperatura i czas procesu homogenizacji, siły ścinające, temperatura i czas wulkanizacji, sieciowania). Związki organiczne stosowane do poprawy stopnia dyspersji mają właściwości surfaktantów, czyli środków powierzchniowo czynnych, wykazujących powinowactwo zarówno do nieorganicznego hydrofilowego napełniacza jak i organicznego, hydrofobowego ośrodka polimerowego. Ich zadaniem jest zwiększyć oddziaływania na granicy elastomer -napełniacz i ograniczyć tendencję do występowania agregatów, dzięki czemu otrzymuje się materiały kompozytowe o korzystniejszych parametrach mechanicznych. Ponadto, tego typu związki mogą działać również jako plastyfikatory, środki poprawiające właściwości przetwórcze mieszanek gumowych. F I L M Gas Rysunek 2. Poglądowy schemat ograniczenia dyfuzji cząsteczek gazu przez płytkowe cząstki napełniacza zdyspergowane w ośrodku polimerowym. 15

17 szymon szufa Toryfikacja biomasy Politechnika Łódzka 1.Proces toryfikacji Temat prac badawczych jest związany z nową techniką przetwarzania biomasy na paliwo o lepszych właściwościach fizyko-chemicznych dla zastosowania w dużej energetyce zawodowej i rozproszonej. Nowoczesny proces konwersji biomasy w biowęgiel noszący nazwę toryfikacja (z francuskiego słowa torrefacion prażenie) wywodzi się z procesu 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 Center of Netherlands Petten). Proces toryfikacji polega na termiczno-chemicznej degradacji cząstek biomasy w temp C w atmosferze gazu inertnego (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 wilgoci), wyższą kaloryczność w porównaniu z biomasą nieprzetworzoną, lepsza kruchość oraz niższą biodegradowalność. 2. Toryfikacja i współspalanie biomasy z węglem Wszystkie te nowe właściwości toryfikatu powodują, że staje się on bardzo interesującym paliwem do wykorzystania w procesie współspalania z węglem oraz jako wstępny etap procesu gazyfikacji biomasy (produkcja tzw. syngazu spalanego w turbinach gazowych oraz silnikach). Lepsza kruchość w porównaniu do biomasy nieprzetworzonej obniża zużycie energii elektrycznej pobieranej przez młyny węglowe na mielenie toryfikatu. Dodatkowo toryfikacja biomasy powoduje zwiększenie temperatury topnienia popiołu zawartego w biomasie 16

18 powietrze spaliny - Kompaktowy reaktor - Niskie koszty inwestycyjne - Dobra kontrola temp. - Wysoka wydajność - Różnorodność paliw używanych w procesie torgaz spalanie Biomasa suszenie toryfikacja torgaz chłodzenie Toryfikat Λp spaliny Wymiana ciepła spaliny Rysunek 1. Schemat obrazujący proces toryfikacji biomasy wraz ze wszystkimi jego etapami, urządzeniami służącymi do przeprowadzenia procesu oraz substratami i produktami procesu toryfikacji biomasy 17

19 co sprzyja lepszej eksploatacji kotłów, w których wykorzystuje się współspalanie 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 wewnątrz 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 elektrociepłowniach oraz podczas transportowania toryfikatu na duże odległości drogą morską (np. Kanada Chiny, niepotrzebne jest stosowanie specjalnych hermetycznych silosów gdyż toryfikat nie chłonie wilgoci oraz wyższa gęstość energetyczna paliwa ze względu na podwyższoną wartość opałową). Toryfikacja może walnie przyczynić się do znacznego ograniczenia zużycia paliw kopalnych oraz dużego ograniczenia emisji CO 2, Rysunek 2. Reaktor wsadowy z czujnikami temperatury, ciśnienia służący do toryfikacji biomasy pochodzącej z upraw celowych 18

20 gdyż biomasę traktujemy jako paliwo o zerowej emisji tego związku (każda roślina pochłania CO 2 do procesu wzrostu w procesie fotosyntezy i taką samą ilość emituje do atmosfery w trakcie spalania). Wszystkie te istotne argumenty przemawiają za procesem toryfikacji jako innowacyjną technologią, dzięki której Polska i inne kraje Europy oraz świata mogą zmniejszyć zaburzenia efektu cieplarnianego, zwiększyć ilość miejsc pracy, pomóc w dywersyfikacji paliwa i wpłynąć 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 specjalizacji Energetyka z Odnawialnych Źródeł Energii na kierunku Energetyka na Wydziale Mechaniczno Energetycznym Politechniki Wrocławskiej. Temat jego pracy magisterskiej o charakterze eksperymentalnym brzmiał: Charakterystyka procesu spalania pyłu węglowego w atmosferze wzbogaconej w tlen, zapłon reaktywność, emisyjność przeprowadzona Rysunek 3. Przykład porównania kosztów procesu toryfikacji i konwencjonalnych pelet 19

21 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: Budowa i eksploatacja maszyn w Zakładzie Techniki Cieplnej i Chłodnictwa (instytut Maszyn Przepływowych, Wydział Mechaniczny, Politechnika Łódzka). Temat jego pracy doktorskiej brzmi: Toryfikacja i współspalanie biomasy. Modelowanie procesów. Zakres prac badawczych to odnawialne źródła energii, konwersja paliw, spalanie i współspalanie biomasy, techniki niskoemisyjne, odzysk ciepła. Stypendysta wielu programów europejskich: Erasmus, Leonardo da Vinci, Marie Curie; laureat konkursów o stypendia unijne: Bioenergia dla regionu Zintegrowany Program Rozwoju Doktorantów, Asystent Innowacji, Stypendia dla najlepszych doktorantów z dziedziny nowoczesnych technologii. Liczne nagradzany przez Dziekana, Rektora za osiągnięcia naukowe, aktywnie działający w Samorządzie Doktorantów PŁ (vice-przewodniczący w roku ). Od 2012 roku kierownik grantu pt. Termodynamiczna analiza procesu cieplno-chemicznej degradacji cząstek biomasy w atmosferze pozbawionej tlenu, badania nad kinetyką współspalania biomasy i nad produktami toryfikacji biomasy z Narodowego Centrum Nauki w Krakowie (Preludium II) oraz główny wykonawca grantu pt. Intensyfikacja procesów wymiany ciepła w bezpośrednim otoczeniu rurek ciepła i ich zastosowanie w innowacyjnym wymienniku ciepła badania przy zastosowaniu metody PIV z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w Warszawie (Lider II). Krajowy 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 Skierniewicach. Staże naukowe Holandii (Energy Research Center of Netherlands, Delft University of Technology, Twente Universitet), Niemczech (Deutsche Forschung Biomass Zentrum, Fraunhofer Institute - Kaiserslautern, University of Leipzig), Włochy (Politechnika w Turynie). Laureat konkursu stypendialnego Marszałka Województwa Łódzkiego dla wybitnych młodych naukowców. Posiadacz zgłoszenia patentowego: Układ instalacyjny elektrociepłowni hybrydowej zasilanej biomasą, energią słoneczną i energią wiatrową. Współtwórca projektu i wdrożenia obecnie budowanej elektrociepłowni zasilanej biomasą, energią słoneczną i energią wiatru w gminie Daszyna (pow. Łęczycki woj. łódzkie). 20

22 5. Sylwetka promotora Andrzej Gorczakowski urodził się w Bielsko-Białej w 1946 roku. Ukończył studia na Wydziale Mechanicznym Politechniki Łódzkiej w 1972 roku uzyskując dyplom magistra inżyniera Mechanika specjalności Maszyny i Urządzenia Przemysłu Chemicznego i Spożywczego Chłodnictwo. W tym też roku rozpoczął pracę jako pracownik naukowo-dydaktyczny w Instytucie Techniki Cieplnej i Chłodnictwa Politechniki Łódzkiej. W latach prowadził zajęcia w filii Politechniki Łódzkiej w Bielsku-Białej, a także odbył staże przemysłowe w Fabryce Automatyki Chłodniczej w Cieszynie oraz w Instytucie Celulozowo Papierniczym w Łodzi. W roku 1981 obronił pracę doktorską na Wydziale Mechanicznym Politechniki Łódzkiej pt.: Badania wymiany ciepła przy ruchu naturalnym płynu wokół pęku rur poziomych. Andrzej Gorczakowski jest autorem i współautorem 17 publikacji krajowych i zagranicznych oraz 27 referatów wygłoszonych na konferencjach krajowych i zagranicznych. Uczestniczył w realizacji kilkunastu prac naukowo badawczych dla przemysłu. Był kierownikiem i głównym wykonawcą w projektach KBN. Od wielu lat jest członkiem Wydziałowej Komisji Praktyk oraz Pełnomocnikiem Kierownika Katedry Techniki Cieplnej i Chłodnictwa ds. Praktyk Specjalizacyjnych i Dyplomowych. W ramach działalności dydaktycznej prowadził wykłady z przedmiotów specjalizacyjnych: Podstawowe procesy w klimatyzacji, Instalacje klimatyzacyjne, Technika grzewcza, Wentylacja przemysłowa, Systemy i urządzenia klimatyzacyjne, Technika cieplna. Prowadził także zajęcia laboratoryjne i prace dyplomowe. 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. 21

23 justyna komasa Termoczułe rusztowania do hodowli komórek skóry przeznaczone do leczenia przewlekłych ran i oparzeń Politechnika Łódzka Jak podzielić włos na tysiąc. Nanomateriały dla medycyny Czy 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 komórek 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 rozmaitych 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 pojedynczych cząsteczek polimerów. Nanożele można wykorzystywać jako molekularne klatki, z których mogą uwalniać się (w odpowiednim miejscu i czasie) cząsteczki leków, albo jako nośniki fragmentów DNA w terapii genowej. 22

24 Badania w dziedzinie nanomateriałów i nanotechnologii, a także ich wdrażanie do praktyki przemysłowej, wymagają specjalistycznej wiedzy. Wydział Chemiczny Politechniki Łódzkiej prowadzi 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, specjalizujących się w tej tematyce. dr hab. inż. Piotr Ulański prof. nadzw. PolitechnikI Łódzkiej Mikroskop elektronowy wykorzystywany do badań nad obiektami w mikro- i nanoskali (fot. archiwum PŁ) Badania nad oddziaływaniem nanomateriałów z żywymi komórkami (fot. archiwum PŁ) Ratunek dla poparzonych Jestem doktorantką na Wydziale Chemicznym Politechniki Łódzkiej. Badania do mojej pracy doktorskiej pt. Szczepienie 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 metoda otrzymywania innowacyjnego podłoża do hodowli komórek skóry i w jaki sposób może ona pomóc poparzonym osobom? 23

25 Już w trakcie studiów magisterskich bardzo 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, biologię oraz medycynę, a więc nauki dotyczące zdrowia i życia każdego człowieka. Zespół, w którym mam przyjemność prowadzić badania od 2008 r., już od dawna zajmuje się wytwarzaniem biomateriałów do leczenia ran i oparzeń. To właśnie tutaj zostały opracowane i opatentowane opatrunki hydrożelowe, które są produkowane przez firmę Kikgel (znajdującą się na terenie 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 ludzkim organizmie, który ma istotne znaczenie jako zewnętrzna warstwa izolująca i ochronna. W przypadku głębokich i rozległych uszkodzeń wymagane jest leczenie chirurgiczne, a rozwiązaniem mającym największe szanse na powodzenie jest przeszczep autogeniczny, czyli wykorzystanie własnej skóry pacjenta. Niestety bardzo często zdarza się, że brakuje zdrowych miejsc, skąd można pobrać skórę. Istnieje wtedy konieczność wyhodowania dużego arkusza komórek skóry z niewielkiej liczby komórek skóry pobranych od pacjenta. Takie arkusze hoduje się aktualnie na podłożach ze zwykłych polimerów. Poważnym problemem jest odseparowanie bardzo delikatnego arkusza komórek skóry od podłoża, na którym ten arkusz został wyhodowany. Można dokonywać oklejania za pomocą specjalnych substancji, np. enzymów, lub próbować oddzielać ten arkusz mechanicznie poprzez zeskrobywanie z powierzchni hodowlanej, ale najczęściej prowadzi to do jego uszkodzenia. Najlepszym rozwiązaniem byłoby inteligentne podłoże, od którego wyhodowany arkusz komórek oddzielałby się sam w odpowiednim, wybranym przez lekarza momencie. I dlatego właśnie, celem mojej pracy jest opracowanie takiego magicznego podłoża. Opracowując takie podłoże, w moich badaniach wykorzystuję polimery termoczułe, czyli materiały reagujące na zmianę temperatury. W mojej pracy wykorzystuję takie materiały, które w temperaturze hodowli komórek skóry, czyli w 37 C, wykazują charakter hydrofobowy, czyli nie chłoną wody, zachowują się jak twarde 24

26 i suche ciało stałe. W takich warunkach komórki chętnie przylegają do podłoża i rosną aż do wytworzenia pełnego arkusza. Obniżenie temperatury do ok C powoduje, że podłoże zmienia swój charakter i staje się hydrofilowe, czyli mokre i śliskie, dzięki czemu powstały arkusz komórek samoczynnie się od niego odkleja, bez naruszenia swojej integralności. Schemat działania takiego termoczułego podłoża pokazano na rysunku. Uzyskanie termoczułych podłoży do hodowli komórek skóry jest praktycznym osiągnięciem dedykowanym osobom z ciężkimi poparzeniami i ubytkami skórnymi. Opracowane rusztowania o właściwościach termoprzełączalnych mają bardzo istotne znaczenie, bowiem znacznie ułatwią hodowlę komórek skóry oraz skrócą czas oczekiwania poparzonych pacjentów na przeszczep własnej tkanki. Badania, które wykonuję, są fragmentem przyznanego mi w 2013 r. projektu pt. Termoczułe rusztowania do hodowli komórek skóry przeznaczone do leczenia przewlekłych ran i oparzeń w ramach stypendium naukowego Marszałka Województwa Łódzkiego dla wybitnych młodych naukowców oraz dwu interdyscyplinarnych projektów naukowych, zakończonego już projektu pt. Termosterowalne polimery biozgodne jako zamienniki skóry do leczenia oparzeń i ran (DERMOSTIM, POIG) współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej oraz aktualnie trwającego projektu pt. Nośniki polimerowe do termicznie kontrolowanego wytwarzania i oddzielania arkuszy komórek skóry i nabłonka (POLYCELL) współfinansowanego ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych. W projektach tych uczestniczą znaczące ośrodki badawcze: Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, jak również przyszły główny odbiorca wytwarzanych podłoży Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich. 25

27 Marcin Włodarczyk 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 Czy grozi nam powrót nieuleczalnej gruźlicy i czy możemy temu zapobiegać? Tło historyczne Gruźlica towarzyszy człowiekowi od tysiącleci. Rewolucji przemysłowej w wieku XVIII/XIX towarzyszył 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 (Selman Waksman, 1944r.), a później izoniazydu, pyrazynamidu, etambutolu i ryfampicyny umożliwiły zapobieganie i leczenie gruźlicy. Sukces okazał się krótkotrwały. Dzisiejsze wyzwania Rocznie 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 diagnostycznych 1, umożliwiając szybkie leczenie chorych i przerywanie zakażania innych, które bywa tak skuteczne, 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- 26

28 kom gruźlicy rozwój w makrofagach, a które mogą być docelowe dla nowych leków przeciwprątkowych, bez których gruźlica staje się chorobą nieuleczalną 2. Ostatnim lekiem wprowadzonym do terapii gruźlicy w 1962 r. była ryfampicyna. Brak nowych leków i nieprawidłowe stosowanie posiadanych spowodował dramatyczny wzrost przypadków ( rocznie) gruźlicy wywoływanej 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. Uniwersytetu Łódzkiego 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: doi: /2013/ XXXX Ślady gruźlicy. Czaszka, 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. 27

29 Gruźlica w liczbach Gruźlica pozostaje wciąż olbrzymim problemem na świecie. Według danych Światowej Organizacji Zdrowia około 1/3 populacji świata jest zakażona prątkami Mycobacterium tuberculosis, które wywołują tę chorobę. Wzrost zachorowalności na tę chorobę na świecie i jej szybkie rozprzestrzenianie się stwarza poważne zagrożenie dla Polski, która należy do grupy krajów w Europie o wysokim współczynniku zapadalności na gruźlicę wynoszącym 19,6 przypadków na mieszkańców. Zachorowalność na gruźlicę w województwie łódzkim jest znacznie wyższa i wynosi 28,1 przypadków na mieszkańców. ŹRÓDŁO ZAKAŻENIA chory aktywnie prątkujący gruźlicy, które w każdej chwili mogą dać początek aktywnej chorobie. Prątkujący chory staje się zagrożeniem dla społeczeństwa rozsiewając bakterie podczas kaszlu lub kichania (ryc. A). Niezwykle ważnym osiągnięciem ostatnich lat było BRAK ZAKAŻENIA makrofagi eliminują prątki gruźlicy prątki gruźlicy makrofag ZAKAŻENIE rozsiew prątków pęcherzyk płucny Od zakażenia do choroby Zakażenie prątkami gruźlicy nie oznacza natychmiastowego rozwoju aktywnej choroby. Na czynną postać 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 objawów choroby, ale w ich organizmie obecne są przez całe życie żywe prątki LATENTNA GRUŹLICA uśpienie prątków POWSTAWANIE GRANULOMA zahamowanie wzrostu prątków REAKTYWACJA osłabienie odporności immunosupresory HIV AKTYWNA GRUŹLICA rozwój choroby Ryc. 1(A) Przebieg zakażenia prątkami gruźlicy 28

30 opracowanie tzw. testu interferonowego pozwalającego identyfikować osoby z utajonym zakażeniem prątkami gruźlicy, którzy stanowią rezerwuar tych bakterii w środowisku. W tym teście ocenia się produkcję interferonu-gamma przez limfocyty krwi obwodowej w odpowiedzi na specyficzne antygeny prątków gruźlicy, które rozwijają się tylko w organizmie osób zakażonych M. tuberculosis. Nowe biomarkery gruźlicy Quanti FERON-TB Gold in Tube (Cellestis) surowica JEDNORAZOWE POBRANIE KRWI ok. 4 ml OPRACOWANIE MATERIAŁU IMMUNOENZYMATYCZNE OZNACZENIE STĘŻENIA IFN-γ oraz scd14 INTERPRETACJA WYNIKÓW Ryc. 1(B) schemat badań wykonywanych w projekcie Prowadzone na świecie badania koncentrują się wokół poszukiwania nowych biomarkerów służących szybkiej i pewnej identyfikacji osób zakażonych M. tuberculosis jako uzupełnienie rutynowo stosowanych testów. Odpowiednio wystandaryzowane wskaźniki mogą być nowym narzędziem diagnostyki umożliwiającym wdrożenie właściwej terapii, jak również pozwalającym na ocenę skuteczności nowo opracowywanych szczepionek lub leków przeciwprątkowych. Na uwagę zasługują zarówno markery chorobotwórczych prątków gruźlicy, takie jak składowe mykobakteryjnej ściany komórkowej, kwasy nukleinowe, antygeny sekrecyjne lub lotne metabolity tych bakterii, jak i wskaźniki reakcji immunologicznych rozwijanych podczas zakażenia prątkami, a także genetyczne markery podwyższające ryzyko zachorowania na gruźlicę. Opracowanie czułych biomarkerów zarówno utajonej, 29

31 jak i aktywnej gruźlicy jest niezbędne dla bardziej skutecznej kontroli zakażeń gruźliczych i walki z tą chorobą. Można prognozować, że wymieniony efekt wielokierunkowych badań będzie dostrzegalny 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 przedsiębiorców dla mieszkańców regionu łódzkiego, pozwoliły na weryfikację zakładanej hipotezy o możliwości wykorzystania już uzyskanych innowacyjnych wyników do monitorowania zawyżonego ryzyka rozwoju aktywnej gruźlicy u zdrowych mieszkańców regionu łódzkiego pozostających lub tych, którzy w okresie ostatnich 2 lat pozostawali, w domowym lub zawodowym kontakcie z chorymi na gruźlicę płuc. Skorelowanie uzyskanych w ramach projektu rezultatów badań 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 zakażeń prątkami. 30

32 Justyna Chałubińska-Fendler 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 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 radioterapia. 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 przyczynić 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 mikrorna 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 epidemiologiczne od chorych na raka prostaty. Wyniki zebranych danych epidemiologicznych mogą 31

33 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 terapeutyczny, 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 chorobie. 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 województwa łódzkiego- ma możliwość zastosowania w pełni kompleksowego leczenia chorych na nowotwory. Jednym z kluczowych elementów leczenia onkologicznego jest nowoczesna radioterapia, czyli leczenie z udziałem promieniowania. W przypadku raka prostaty może to być jedyna forma całkowitego leczenia. Takie leczenie wymaga przygotowania komputerowego planu leczenia w oparciu o wykonaną tomografię komputerową oraz ścisłej współpracy z zespołem fizyków i techników elektroradiologii. (Ryc. 1 i 2) W szczególności w radioterapii raka prostaty mają zastosowanie najnowsze technologie leczenia 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 wszystkim o pęcherz moczowy i odbytnicę. Pomimo tego,że radioterapia u chorych na raka prostaty jest bardzo skuteczna u chorych nadal mogą wystąpić działania niepożądane. Mogą pojawić 32

34 się zarówno podczas leczenia a nawet pojawić się kilka miesięcy po leczeniu. Najczęściej są to umiarkowane biegunki i częstsze oddawanie moczu. Bardzo rzadko zdarzają się poważne powikłania np. uporczywe krwawienia z pęcherza lub odbytnicy, czy też przetoki pęcherzowo - odbytnicze. Badania molekularne w raku stercza do czego mogą się przydać? Ryc. 1 Zespół Techników Elektroradiologii pracownia modelarni Zakładu Radioterapii przygotowywanie unieruchomienia pacjenta przed planowaniem leczenia Mechanizmy wczesnych działań niepożądanych są stosunkowo dobrze poznane, w większości potrafimy im zapobiegać 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 chorych wystąpią. Na szczęście występują one rzadko (u kliku procent chorych). We współpracy z laboratorium Kliniki Pediatrii, Diabetologii i Onkohematologii Dziecięcej naszego Uniwersytetu poszukujemy związku występowania polimorfizmów (wariantów) w niektórych genach oraz RNA z występowaniem i nasileniem odczynów wczesnych i późnych. Liczymy na to, że wyniki badań pozwolą nam przewidzieć (z pewnym prawdopodobieństwem) np. który chory będzie miał odczyn późny wysokiego stopnia w związku z tym zamiast radioterapii należałoby mu zaproponować leczenie chirurgiczne. Dlatego też od każdego chorego, który zgodził się na uczestnictwo w projekcie pobieramy krew do analizy DNA, RNA, którą przechowujemy w Zakładzie Radioterapii (Ryc.4 a i b) a następnie przesyłamy do w/w laboratorium, gdzie odbywa się wirowanie, czyszczenie, izolacja DNA, RNA. Tam również materiał jest przygotowywany do dalszego przechowywania (Bio-banku) i analizy przez kolejny instytut Dana-Farber Cancer Institute. 33