Chemiczka mgr inż. Klaudia Krysiak-Smułek stawia swoje pierwsze kroki na naukowej drodze. Jako doktorantka w grupie prof. Tomasza Grzyba z Wydziału Chemii UAM zajmuje się badaniem wpływu nanoplastiku na organizmy wodne. Niedawno ukazała się publikacja, której jest współautorką i pomysłodawczynią. Praca ma też swój urokliwy osobisty akcent – w badaniach wykorzystano dwa szczepy bakterii KlaKry, wyizolowane z wody Jeziora Kierskiego przez męża młodej badaczki – dr. hab. inż. Wojciecha Smułka – i nazwane na jej cześć.
Plastik kojarzymy najczęściej z butelkami i opakowaniami, tymczasem – jak zauważa Klaudia Krysiak-Smułek – jego mikroskopijne cząstki są obecne niemal wszędzie. Nanoplastik to drobne fragmenty tworzyw sztucznych o wielkości rzędu nanometrów, czyli miliardowych części metra, powstające w wyniku rozkładu i ścierania większych elementów, takich jak butelki czy folie. Co ciekawe, ich źródłem może być także woda po praniu ubrań z poliestru.
Prof. Tomasz Grzyb. Azyl dla lantanowców
– Trudności w badaniu plastiku wynikają z jego specyfiki chemicznej – mówi doktorantka. – Tworzywa sztuczne to polimery, czyli związki organiczne o budowie zbliżonej do tej, z jakiej zbudowane są organizmy żywe. Dlatego przy użyciu tradycyjnych metod analizy chemicznej trudno jednoznacznie określić, czy dany fragment materiału biologicznego rzeczywiście zawiera plastik. To podobieństwo chemiczne sprawia, że naukowcy wciąż stoją przed poważnym wyzwaniem: jak skutecznie identyfikować plastik w próbkach biologicznych – wyjaśnia.
Z tym wyzwaniem Klaudia Krysiak-Smułek postanowiła się zmierzyć i opracować metodę umożliwiającą wizualizację w mikroorganizmach słodkowodnych cząstek poli(tereftalanu etylenu) (PET).
Opracowana technika polega na znakowaniu nanoplastiku specjalnym markerem – nanocząstkami up-konwertującymi fotony. Pod wpływem światła z zakresu bliskiej podczerwieni cząstki te zaczynają świecić na zielono, co znacząco ułatwia ich identyfikację.
Ponieważ materia biologiczna – taka jak tkanki, rośliny, zwierzęta czy bakterie – nie wykazuje zdolności do emitowania światła z zakresu widzialnego podczas wystawienia na działanie światła z zakresu bliskiej podczerwieni, z łatwością można wskazać obszary, w których znajduje się znakowany nanoplastik.
Jak wspomina doktorantka, najtrudniejszym etapem badań było uzyskanie znakowanego nanoplastiku. – Gdy opracowałam już metodę otrzymywania nanoplastiku nieznakowanego, przyszła pora na wersję znakowaną – i to okazało się bardzo trudne. Kilka miesięcy zajęło mi dopracowanie parametrów, żeby uzyskać stabilny koloid. Plastik i nanocząstki często się sklejały, powstawały grudki zamiast jednorodnego koloidu. Miałam dziesiątki, a może nawet setki nieudanych prób. To był naprawdę trudny moment – zaczęłam wątpić, czy w ogóle uda się to osiągnąć tą metodą – mówi.
Dużym wsparciem było podjęcie współpracy z prof. UAM Zbigniewem Hnatejką z Wydziału Chemii, który przygotował kompleks europu na III stopniu utlenienia. Doktorantka podjęła próby przygotowania nanoplastiku znakowanego tym kompleksem, co okazało się skuteczniejsze.
– Tym razem poszło znacznie lepiej. Szybko opracowałam metodę i od razu poprawiło mi się morale. Kiedy wróciłam do pracy z nanocząstkami, udało mi się w końcu dobrać właściwe parametry – wspomina badaczka.
W publikacji zaprezentowano dwa podejścia do znakowania plastiku: z wykorzystaniem nanocząstek up-konwertujących oraz kompleksu europu.
Początkowo planowano prowadzić badania nad wpływem nanoPET na organizmy wodne z wykorzystaniem organizmów słodkowodnych – dafni i wrotków – ponieważ są to modelowe organizmy słodkowodne i są przezroczyste, co umożliwia doskonałą obserwację emisji zielonego światła. Za zgodą prof. Grzyba, kierownika projektu, w ramach którego prowadzone są badania, do koncepcji dodano również badania nad bakteriami środowiskowymi.
– Pomysł, by zacząć od bakterii, był mój – tłumaczy doktorantka. – To podstawowy, modelowy organizm, dlatego uznałam, że warto rozpocząć badania właśnie od nich, zanim przejdę do bardziej złożonych organizmów słodkowodnych.
Jak podkreśla, publikacja – pierwsza cegiełka jej przyszłej pracy doktorskiej – nie powstałaby bez wsparcia kilku osób. Wśród nich Klaudia Krysiak-Smułek wylicza oczywiście swojego promotora, prof. Tomasza Grzyba, w badaniach nad nanocząstkami oraz dr. hab. inż. Wojciecha Smułka i prof. Ewę Kaczorek w części dotyczącej badań bakteryjnych. Współautorami artykułu są również dr Dominika Przybylska, odpowiedzialna za syntezę nanocząstek up-konwertujących, oraz prof. Hnatejko.
Co ciekawe, wyniki opublikowane w pracy pokazują, że nanoplastik nie zawsze szkodzi – czasem wręcz pobudza bakterie do wzrostu. Jak wspomina naukowczyni, na początku było to dla zespołu pewne zaskoczenie. Jednak po przeszukaniu literatury tematu okazało się, że rzeczywiście inni badacze zajmujący się nanomateriałami obserwowali podobne efekty. Co więcej, rezultaty różniły się w zależności od szczepu bakterii, na którym prowadzone były eksperymenty.
Na UAM Klaudia Krysiak-Smułek trafiła po studiach na Politechnice Poznańskiej, gdzie obroniła pracę inżynierską i magisterską poświęconą syntezie żywic fenolowo-formaldehydowych. Po obronie pracy magisterskiej zdecydowała się kontynuować naukę. Tak trafiła na ofertę pracy przy projekcie prof. Tomasza Grzyba, dotyczącym badań nad nano- i mikroplastikiem, a dokładnie – sposobów wizualizacji tych cząstek w materiałach biologicznych. – Ta propozycja wydała mi się idealna – mówi doktorantka. – Plastik to dziś bardzo aktualny temat, a zapotrzebowanie na tego typu badania jest ogromne.
Klaudia Krysiak-Smułek jest młodą, ale skoncentrowaną na nauce osobą. Przyznaje, że chciałaby związać swoją przyszłość z pracą na uczelni i prowadzić badania.
– Chciałabym zostać w nauce i znaleźć pracę na uczelni. Moim celem jest kontynuowanie badań nad nano- i mikroplastikiem. W tym roku złożyłam wniosek w konkursie NCN Preludium, który łączy tematykę mojej pracy inżynierskiej, magisterskiej i doktorskiej. Chcę zbadać mikroplastik żywic fenolowo-formaldehydowych i teraz czekam na decyzję, czy projekt zostanie zaakceptowany. Z tym właśnie chciałabym związać swoją przyszłość – mówi doktorantka.
Aktywnie działa w Radzie Doktorantów Szkoły Doktorskiej Nauk Ścisłych, co – jak podkreśla – pozwala jej poszerzać horyzonty i lepiej poznać środowisko akademickie. Jako młoda badaczka chętnie dzieli się również refleksjami o wyzwaniach, z jakimi mierzą się doktoranci.
************************************************************************************
Mgr inż. Klaudia Krysiak-Smułek – doktorantka na Wydziale Chemii UAM. W ramach swojego doktoratu zajmuje się otrzymywaniem nano-poli(tereftalanu etylenu) (nanoPET) oraz badaniem jego wpływu na drobne organizmy wodne. Jej praca obejmuje również opracowywanie metod znakowania nanoplastiku z wykorzystaniem lantanowców, w tym nanocząstek up-konwertujących fotony, co pozwala śledzić zachowanie nanoplastiku w środowisku i w organizmach. W ramach współpracy międzynarodowej zrealizowała dwa staże na Uniwersytecie w Aveiro (Portugalia), na Wydziale Biologii i w CESAM – Centrum Badań Środowiskowych i Morskich, pod opieką prof. Isabel Lopes i dr Cátii Venâncio. Odbyła również staż na Wydziale Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej pod okiem prof. Ewy Kaczorek.