Recenzja rozprawy doktorskiej. Tytuł rozprawy: Development and application of a laser plasma soft X-ray source for radiobiology studies

Transkrypt

1 Prof. n. tech. dr hab. n. fiz. inż. lek. med. Halina Podbielska Katedra Inżynierii Biomedycznej Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska Wrocław Wybrzeże Wyspiańskiego Tytuł rozprawy: Development and application of a laser plasma soft X-ray source for radiobiology studies Autor rozprawy: Daniel Adjei Afiliacja: Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa oraz Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague, Praga, Czechy Promotorzy: Prof. dr hab. inż. Henryk Fiedorowicz (IOE-WAT) Doc. Ing. Ladislav Pina (FNSPE-CTU) Promotor pomocniczy: Dr. inż. Andrzej Bartnik (IOE-WAT) Recenzję rozprawy doktorskiej sporządzono na prośbę Rady Instytutu Optoelektroniki WAT (Pismo Przewodniczącego Rady płk. dr inż. Krzysztofa Kopczyńskiego z ). Dane na temat pracy Z załączonych danych wynika, że rozprawa powstała w wyniku realizacji projektu doktorskiego w ramach programu Erasmus Mundus Joint Doctoral Programme EXTATIC. Doktorant Daniel Adjei rozpoczął projekt w drodze konkursowej w King's College London pod kierunkiem Prof. Alana Michette, a po śmierci pierwszego Promotora od lutego 2014 roku kontynuował prace badawcze w IOP WAT w Warszawie w zespole specjalizującym się w opracowywaniu i badaniach laserowo-plazmowych źródeł promieniowania rentgenowskiego i skrajnego nadfioletu (EUV), pod kierunkiem Promotora profesora Henryka Fiedorowicza i Promotora pomocniczego doktora Andrzeja Bartnika. Równocześnie Doktorant współpracował z Docentem Ladislavem Piną z Pragi drugim Promotorem. 1

2 W wyniku tej współpracy Doktorant opracował nowe urządzenie optoelektroniczne, a mianowicie laserowo-plazmowe źródło miękkiego promieniowania rentgenowskiego przeznaczone do badań próbek biologicznych w warunkach próżniowych oraz w atmosferze gazowej. Podjął się charakterystyki zaprojektowanego i skonstruowanego urządzenia i przeprowadził badania radiobiologiczne nad uszkodzeniami nici DNA. Ocena aktualności zagadnień poruszanych w recenzowanej rozprawie doktorskiej W ostatnich latach obserwujemy niezwykły rozwój w dziedzinie biomedycznych badań podstawowych, jak i w poszukiwaniu małoinwazyjnych procedur terapeutycznych i diagnostycznych. Wiele prowadzonych obecnie na świecie badań związanych jest z szeroko rozumianymi badaniami podstawowymi, dotyczącymi struktur komórkowych i subkomórkowych. Te dziedziny zaczynają odgrywać coraz większą rolę w badaniach naukowych w skali mikro- i nano, w inżynierii biomedycznej, w naukach chemicznych i biochemii, a także wkraczają nawet do praktyk klinicznych; i to zarówno w diagnostyce, jak i w terapii. Nowe i rozwijające się interdyscyplinarne techniki, łączące technologie i nauki biomedyczne są przedmiotem intensywnych badań. Wyjaśnienie przyczyn wielu schorzeń oraz zrozumienie zjawisk i mechanizmów, zachodzących w biocząsteczkach, komórkach i tkankach organizmów żywych, jak i interakcji z innymi cząsteczkami, może przyczynić się w przyszłości do wdrożenia lepszych procedur klinicznych, bardziej dokładnych i bardziej przyjaznych dla pacjenta. Miękkie promieniowanie rentgenowskie (soft X-ray) w zakresie długości fali 2,34-4,4 nm, w energii w zakresie ev może być nośnikiem cennych informacji w twz.olnie wodnym, co jest wykorzystywane w obrazowaniu kontrastowym za pomocą mikroskopii rentgenowskiej. Takie promieniowane może być wykorzystywane w badaniach spektroskopowych. W wielu zespołach na świecie prowadzone są w tym zakresie prace badawcze, które dotyczą z jednej strony zastosowania tych technik, a z drugiej strony optymalizacji obecnych źródeł i detektorów. Tego typu badania zaczną niebawem odgrywać coraz większą rolę także w praktyce medycznej; m.in. ze względu ze względu na wciąż niepoznane podłoża wielu patologii, jak i na starzenie się społeczeństw, większą świadomość zarówno personelu medycznego, jak i pacjentów, ciągle poszukujących nowych metod diagnostyki i leczenia. Ma to m.in. związek z rosnącym zainteresowaniem medycyną opartą na prewencji, przewidywaniu i spersonalizowanym podejściu do pacjenta. Najlepszym tego przykładem jest rozwijający się europejski ruch pod patronatem European Association for Predictive, Preventive & Personalised Medicine EPMA. Jednym z celów Stowarzyszenia jest wspieranie badań 2

3 prowadzących do zrozumienia biomolekularnych mechanizmów oddziaływań elementów biologicznych, wspieranie badań z zakresu technologii i nanomedycyny, chociażby pod kątem spersonalizowanych nośników leków czy tez poznania mechanizmów molekularnych zjawisk zachodzących w żywych komórkach. Recenzowana rozprawa Pana Daniela Adjei wpisuje się więc doskonale w ten nurt badań i dotyczy bardzo aktualnego i ważnego aspektu. Tematyka rozprawy jest więc jak najbardziej na czasie, a Doktorant wniósł do tej dziedziny liczące się wyniki własnych badań. Ocena rozprawy Autor rozprawy wyznaczył sobie ambitne zadania, a mianowicie opracowanie nowego źródła miękkiego promieniowania X, powstałego w wyniku wzbudzenia dwustrumieniowej tarczy gazowej laserem Nd: YAG oraz przeprowadzenie wstępnych badań radiobiologicznych struktur DNA. Praca wraz z przypisami i rysunkami liczy 167 stron, z czego 31 początkowych stron poświęcono streszczeniom w języku angielskim, polskim i czeskim, spisowi skrótów stosowanych w pracy, spisowi tabel, rysunków i dodatków. Rozdział pierwszy, to Wstęp zawierający charakterystykę promieniowania jonizującego, opis jego oddziaływania na struktury biologiczne, w tym DNA. Rozdział drugi poświecono opisowi istniejących źródeł miękkiego promieniowania rentgenowskiego, ze szczególnym uwzględnieniem źródeł laserowo-plazmowych. Rozdział trzeci przedstawia cele i tezy pracy doktorskiej. Autor pracy stawia tezy, że możliwe jest wytworzenie kompaktowego źródła miękkiego promieniowania rentgenowskiego powstałego za pomocą wzbudzenia laserowego (promieniowanie lasera Nd:YAG: 1064 nm, ~740 mj, 10 Hz) ośrodka gazowego Ar/He, takie laserowo-plazmowe źródło może być zoptymalizowane i zastosowane w badaniach radiobiologicznych, zarówno suchych, jak i mokrych próbek. Opisowi projektu i konstrukcji poświęcony jest rozdział czwarty omawianej dysertacji. W rozdziale tym Doktorant wykazał się wiedzą na temat podstaw fizycznych i inżynierskich stosowanego warsztatu badawczego. Niektóre rozwiązania są bardzo dokładnie i wyczerpująco opisane, można nawet rzec, że mają walor dydaktyczny. W rozdziale zawarto wiele technicznych szczegółów zaproponowanej konstrukcji. Rozdział jest bogato ilustrowany, także zdjęciami projektowanego układu. Pewien niedosyt pozostawia niezbyt szczegółowy opis dwustrumieniowej tarczy gazowej (dobór gazu, parametry etc.). Rozdział piąty poświęcony jest charakteryzacji zaprojektowanego źródła miękkiego promieniowania X. Za pomocą kamery CCD z chłodzonym detektorem i siatki dyfrakcyjnej 3

4 Doktorant dokonał rejestracji charakterystyk widmowych. W przypadku plazmy argonowej Autor porównał wyniki eksperymentalne z symulacyjnymi. Dokonał również optymalizacji układu za pomocą dodatkowych elementów optycznych, a także podjął próbę oceny wpływu parametrów ciśnieniowych gazu na wynik badań spektrograficznych. Skonstruował układ pomiarowy w oparciu o fotodiodę i oscyloskop do wyznaczania strumienia fotonów, a także zaproponował w oparciu o dane literaturowe podejście dozymetryczne. Szkoda, że Autor nie zamieścił podsumowania tego rozdziału w postaci podania ostatecznej charakterystyki opracowanego źródła promieniowania. Brakuje też jasnego porównania rozwiązania pierwotnego i zoptymalizowanego. Niemniej jednak należy podkreślić, że zastosowany warsztat badawczy jest różnorodny, adekwatnie dobrany, a Doktorant wykazał się bardzo dobrym opanowaniem zastosowanych metod badawczych. Rozdział szósty, to opis przeprowadzonych eksperymentów z wykorzystaniem opracowanego urządzenia, dotyczące przerwań pojedynczej nici w strukturze DNA (singlestrand breaks, SSBs) oraz przerwań obu nici (double-strand breaks, DSBs). Do uszkodzeń takich doprowadza m.in. promieniowanie jonizujące, które może w zależności od dawki promieniowania powodować rozwijanie się nici DNA, czyli pojawianie się struktur liniowych zamiast zwiniętych (tzw. supercoiled czuli super zwiniętych (nazywanych przez Doktoranta w streszczeniu w języku polskim niezbyt precyzyjnie jako superkręcone). Dodatkowe badania po aplikacji witaminy C, potwierdziły jej działanie ochronne. Badania prowadzono w próżni, jak i w atmosferze helu. Badania obiektu biologicznego, jakim był plazmid DNA, zostały przeprowadzone za pomocą elektroforezy żelowej. W tej części również badania zostały wyjątkowo solidnie przeprowadzone i również dobrze opisane. Chociaż praca na pewno by zyskała, gdyby Doktorant przedyskutował dlaczego takie, a nie inne dawki promieniowania jonizującego stosował. Chociaż same badania nie są szczególnie nowatorskie i nie wnoszą zbyt wiele do dziedziny badań nad uszkodzeniami DNA przez promieniowanie jonizujące, to Doktorantowi udało się pokazać, że opracowane przez niego urządzenie nadaje się do badań radiobiologicznych. Ciekawy jest rozdział siódmy, poświęcony rozważaniom na temat ewentualnych przyszłych prac, które mogłyby być prowadzone za pomocą kompaktowego źródła miękkiego promieniowania X. Bibliografia zamieszczona w pracy jest dobrze dobrana, bogata i liczy 169 przypisów, co świadczy o bardzo dobrym rozeznaniu Autora na temat stanu wiedzy w tej dziedzinie. Nieliczne są natomiast cytowania nowsze, z ostatnich lat, a ze względu na tematykę można przypuszczać, że na pewno takie prace też były publikowane. Należy również podkreślić, że Doktorant ma na swoim koncie siedem współautorskich 4

5 publikacji o zasięgu międzynarodowym, obejmujących tematykę rozprawy. Trzy razy występuje jako pierwszy autor, a dwa razy jako drugi, co zapewne świadczy o jego nietuzinkowym wkładzie w powstanie tych opracowań. Rozprawa w całości jest dobrze zredagowana, starannie zilustrowania i stanowi cenne źródło informacji na temat tej dziedziny. Autor wyraźnie wskazał na własne osiągnięcia, które rzetelnie opisał, odwołując się trafnie do stanu wiedzy w tematyce rozprawy, co świadczy o dużej dojrzałości naukowej. Niewielkie niedociągnięcia, wymienione w recenzji, można potraktować jako aberracje III rzędu. Nie umniejszają one bowiem ogólnej wartości pracy, która jest niezmiernie ciekawym i wartościowym wkładem w badania radiobiologiczne Po przeanalizowaniu rozprawy stwierdzam, że zaplanowane cele zostały zrealizowane, a postawione tezy udowodnione. Recenzowana rozprawa w całości stanowi bardzo wartościową pozycję o dużych walorach poznawczych i świadczy o rzetelnym podejściu Doktoranta do warsztatu badawczego, a także inwencji i opanowaniu sztuki planowania i wykonania badań naukowych. Należy też zaznaczyć, że badania Kandydata powinny być kontynuowane, gdyż mogą one znaleźć zastosowanie w praktyce, co byłoby niewątpliwie bardzo ważnym osiągnięciem. Wnioski końcowe Reasumując, stwierdzam, że praca spełnia wymagania wspomniane w regulujących te kwestie dokumentach (Ustawa z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki, Dz.U. Nr 65 z dnia 16 kwietnia 2003 r., poz. 595 z późn.. zm. oraz odpowiednie Rozporządzenia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego w sprawie szczegółowego trybu i warunków przeprowadzania czynności w przewodach doktorskich, w postępowaniu habilitacyjnym oraz w postępowaniu o nadanie tytułu profesora). Mając na uwadze osiągnięte wyniki i ogólną wartość pracy oraz obowiązujące przepisy o stopniach i tytułach naukowych, wnoszę o dopuszczenie Pana Daniela Adjei do dalszych etapów przewodu doktorskiego. Równocześnie z uwagi na niewątpliwe osiągnięcia Doktoranta wskazane w rozprawie, a także Jego wyróżniający się, jak na ten etap kariery, dorobek naukowy, wnoszę do Wysokiej Rady o wyróżnienie recenzowanej pracy. Prof. n. tech. dr hab. n. fiz. inż. lek. med. Halina Podbielska 5