„Wir gestalten die Zukunft“ – diesen Spruch sah man an der Tür, als man das Labor unseres Helden betrat. Dieser Satz ist aktueller denn je, denn der frischgebackene Vorsitzende des Rates junger Wissenschaftler der Belarussischen Staatlichen Universität für Informatik und Radioelektronik und Doktorand Alexej Borissjuk erforscht nicht nur Materialien für die Mikroelektronik, sondern entwickelt auch einen originellen Ansatz zur Modifizierung von Zellen mit Hilfe von Nanopartikeln, der eine wichtige Ergänzung zu den bereits bekannten Methoden zur Behandlung von Erkrankungen, einschließlich Onkologie, darstellen könnte. Die Korrespondentin von BelTA hat sich angesehen, wie er innerhalb der Mauern der Universität echte Innovationen schafft.
Der erste Schritt
Wir trafen Alexei an seinem Arbeitsplatz im Büro mit seinen Kollegen. Im längst vergangenen Jahr 2020 begann seine wissenschaftliche Laufbahn in genau diesem Raum. „Kaum war ich ins Labor gekommen, arbeitete ich schon nach wenigen Monaten mit einem anderen Masterstudenten zusammen. Wir beschäftigten uns mit einer Entwicklung, für die wir unseren ersten Jugendstipendium erhielten. Das Thema hatte mit porösem Silizium und der Erzeugung von Metallnanostrukturen auf dessen Oberfläche zu tun. Die erzielten Ergebnisse bildeten später die Grundlage für neue Forschungen zur Anpassung einer Methode, die sich in der Biomedizin bewährt hat, für die zerstörungsfreie Analyse dünner Schichten in der Mikro- und Nanoelektronik. Mit ihrer Hilfe wird es möglich sein, die molekulare und phasische Zusammensetzung von Halbleiter-Nanomaterialien ohne den Einsatz der derzeit verwendeten teuren Vakuumgeräte zu bestimmen", erklärte er.
Die Notwendigkeit einer solchen Entwicklung ergab sich im Rahmen von Forschungsarbeiten im Auftrag eines Kunden. „Die Pilotversuche dauerten etwa ein halbes Jahr. Jetzt haben wir ein Ergebnis erzielt, mit dem Folien mit einer Dicke von weniger als 30 Nanometern analysiert werden können. Man muss lediglich Nanopartikel aus Silber auf ihre Oberfläche aufbringen, die Probe mit einem speziellen Mikroskop-Spektrometer analysieren, und die anschließende Entfernung der Nanopartikel hat keinen Einfluss auf die Struktur der Ausgangsfolien“, fügte er hinzu. Laut Alexei kann man ein Spektrum sehen, das dem Forscher detaillierte Informationen über die Zusammensetzung der Schicht liefert.
„Das ist für die Mikro- und Nanoelektronik sehr wichtig. Derzeit versuchen wir, den Prozess zu optimieren. Insbesondere verwenden wir neuronale Netze zur Analyse einer Vielzahl von Spektren: Sie verarbeiten alle Daten in Sekundenschnelle“, erklärte der junge Wissenschaftler.
Außerhalb der Komfortzone
Das Jugendstipendium war für Alexei nur der Anfang seiner Forschungslaufbahn. Der nächste Schritt war ein Experiment während der Vorbereitung seiner Diplomarbeit im dritten Studienjahr. Der junge Wissenschaftler interessierte sich schon seit seiner Schulzeit für Biologie und Medizin. Deshalb beschloss er, das Risiko einzugehen und beide Wissensbereiche in einer neuen Entwicklung zu kombinieren.
„Ich habe lange an der Entwicklung eines Geräts für die lichtstimulierte Elektroporation von Zellen mit Hilfe von plasmonischen Nanopartikeln gearbeitet, wie es mir mein wissenschaftlicher Leiter aufgetragen hatte. Denn in den Membranen von Zellen, die sich in der Nähe solcher Nanostrukturen befinden, können sich Poren bilden. Es gibt zwei Arten der Elektroporation: irreversible und reversible. Daraus ergeben sich zwei Anwendungsmöglichkeiten. Die erste sind antimikrobielle Beschichtungen. In den Membranen schädlicher Bakterien können sich nicht verschließende Poren bilden, die diese abtöten. Die zweite Anwendungsmöglichkeit ist um ein Vielfaches interessanter. Es werden Bedingungen für die Bildung temporärer Poren geschaffen, durch die verschiedene Medikamente direkt in die Zellen eingeführt werden können. Dies ist vielversprechend für die Behandlung von Zellpathologien, einschließlich der lokalen Therapie von Zellen verschiedener Neoplasien", erklärte der junge Experte.
Es ist beeindruckend: Ein so kleines und leichtes Gerät eröffnet die Aussicht, in wenigen Jahren Menschen bei der Bewältigung schrecklicher Krankheiten zu helfen. Die Entwicklung kann mit Stolz als einzigartig bezeichnet werden. „Insgesamt wird die Methode, an deren Entwicklung ich arbeite, in der Literatur und in wissenschaftlichen Kreisen noch nicht einmal erwähnt. Es handelt sich um eine innovative Arbeit. Es gibt bereits recht positive Ergebnisse, und es ist gelungen, zwei Anlagen zum Testen unseres Ansatzes zusammenzustellen“, so Alexej.
Auf dem Weg zu dieser interessanten Methode gibt es jedoch auch Schwierigkeiten, in diesem Fall die erforderliche Ausrüstung. Wir haben uns das Chemielabor angesehen und eingeschätzt, was bereits vorhanden ist und was noch fehlt. Zahlreiche Mikroskope, Netzteile, Chemieglas, Reagenzien, Vakuumgeräte, Muffelöfen ... Es scheint, als könne man in diesem kreativen Chaos alles Mögliche erschaffen. Leider stellte sich heraus, dass dieses Arsenal noch nicht ausreicht, um die Idee, an der der Wissenschaftler arbeitet, problemlos umzusetzen. Aber das ist keine Katastrophe – er synthetisiert bereits vor unseren Augen in einem Kolben etwas aus Extrakten verschiedener Früchte, zum Beispiel Grapefruit.
„Das Problem ist, dass ich kein Biologe bin und nicht im medizinischen Bereich arbeite“, sagte Alexej bescheiden. „Um die Methode zu testen, muss man mit Zellen arbeiten, und unser Labor war ursprünglich nicht darauf ausgerichtet. Mit der Zeit haben wir einige Fähigkeiten erworben und gelernt, verschiedene Zelltypen zu züchten, aber es fehlen eine Reihe von Analysemethoden, wir brauchen spezielle Geräte und Farbstoffe, um sie zu beobachten, was manchmal schwierig ist.“
Es gibt einen Ausweg, nämlich die Zusammenarbeit und Partnerschaft der besten Köpfe. „Ich denke, dass die Zusammenarbeit mit dem Institut für Biophysik und Zelltechnik der Nationalen Akademie der Wissenschaften von Belarus hilfreich sein wird. Außerdem ist es mir vor kurzem während eines Praktikums in Russland gelungen, Kontakt zu einer Kollegin von der Pazifischen Staatlichen Medizinischen Universität aufzunehmen, die bereits Vorversuche durchgeführt hat, um den Einfluss unserer Nanopartikel auf bösartige Zellen zu ermitteln. Die Forschungen in diesem Bereich werden auch im aktuellen Fünfjahresplan im Rahmen eines staatlichen Forschungsprogramms der Republik Belarus fortgesetzt. Insgesamt ist dies eine sehr interessante Arbeit, deshalb arbeite ich bis heute daran und hoffe, dass diese Erfindung erfolgreich sein wird“, fügte der Entwickler hinzu.
Nach Meinung des jungen Experten ist ein guter Wissenschaftler jemand, der immer offen für Neues ist und bereit ist, ständig neues Wissen aufzunehmen und es wie ein Schwamm aufzusaugen. „Selbst wenn man beispielsweise Techniker ist, weiß man nie, was einem aus scheinbar weit entfernten Wissenschaften nützlich sein kann. Ein junger Wissenschaftler sollte sich nicht nur in einem Bereich weiterentwickeln, sondern auch in verwandten Bereichen, denn das erweitert erstens den Horizont und kann zweitens sogar zu neuen Entdeckungen oder Ideen führen, an die man vorher noch nicht einmal gedacht hat, so wie es bei mir der Fall war“, betonte Alexej.
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