Twórca techniki SPME. Absolwenci Złotej Księgi PG | Politechnika Gdańska

Naszym rozmówcą jest prof. dr inż. Janusz Pawliszyn, absolwent Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej z 1978 roku, obecnie profesor na Wydziale Chemii Uniwersytetu Waterloo w Kanadzie, pracownik nauki i praktyk, twórca techniki mikroekstrakcji do fazy stacjonarnej SPME (solid phase microextraction), tj. techniki przygotowania próbek do analizy chromatograficznej, wykorzystywanej głównie w chromatografii gazowej. Profesor jest członkiem prestiżowych towarzystw naukowych, m.in. Royal Society of Canada, także członkiem komitetów redakcyjnych wiodących czasopism naukowych, takich jak „Journal of Separation Science”, „Analyst”, „Trends in Analytical Chemistry” czy „Analytical Chemistry”. Za działalność naukową został wyróżniony m.in. Medalem im. Andrzeja Waksmundzkiego Polskiej Akademii Nauk, Medalem im. Marii Skłodowskiej-Curie Polskiego Towarzystwa Chemicznego, nagrodą Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.
Pierwsza część wywiadu miała miejsce podczas spotkania na Wydziale Chemicznym PG, natomiast jego kontynuacja podczas międzynarodowej konferencji chemicznej na hiszpańskiej Teneryfie, której uczestnikiem był dr hab. inż. Marek Tobiszewski, prof. PG, prodziekan ds. nauki Wydziału Chemicznego.

Szczepan Gapiński: Spotkaliśmy się na Politechnice Gdańskiej, na miłej, kameralnej uroczystości wręczenia Panu wyróżnienia JM Rektora PG, prof. Krzysztofa Wildego, potwierdzającego wpis Pańskiej osoby do Złotej Księgi Politechniki Gdańskiej. Korzystając z wolnej chwili, chciałbym wraz z prof. Markiem Tobiszewskim porozmawiać i przybliżyć czytelnikom pisma społeczności akademickiej PG Pańską sylwetkę oraz dokonania naukowe. Wiem, że jest Pan gdynianinem. W 1978 roku ukończył Pan studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej, ale już rok później znalazł się Pan na kontynencie amerykańskim…
Janusz Pawliszyn: Na wstępie dziękuję za miłe spotkanie, a właściwie kontynuację spotkania na gdańskiej Alma Mater w czerwcu tego roku. Wyróżnienie JM Rektora wręczone mi przez prof. Agatę Kot-Wasik, dziekan Wydziału Chemicznego PG, było dla mnie miłym i sympatycznym zaskoczeniem. Cenię je sobie i jeszcze raz serdecznie dziękuję. Wracając jednak do tematu rozmowy i pytania: tak, to prawda. Praktycznie niezwłocznie po ukończeniu studiów wyjechałem do Stanów Zjednoczonych. Dzięki uporowi i dobrej znajomości języka angielskiego popartej zdaniem egzaminu w ambasadzie USA w Warszawie (pomocne okazały się kurs angielskiego w Hastings odbyty w czasie studiów oraz praktyki studenckie w Danii), otrzymałem stypendium na prowadzenie zajęć dydaktycznych, co pozwoliło mi na finansowanie studiów doktoranckich na Southern Illinois University (SIU). Wybór studiów na SIU podyktowany był oficjalnym programem wymiany studentów z szeregiem polskich uczelni, sponsorowanym przez rząd amerykański, który nie tylko zapewniał pomoc studentom, ale umożliwiał także wymianę pracowników naukowych. Na uniwersytecie w Illinois miałem możliwość pracy z dwoma wybitnymi naukowcami, Johnem Phillipsem, profesorem chemii analitycznej, autorem koncepcji dwuwymiarowej chromatografii gazowej (GCxGC), oraz Stevenem Sheinerem, profesorem teoretycznej chemii fizycznej, ekspertem w dziedzinie wiązań wodorowych w białkach. W czasie studiów doktoranckich zajmowałem się również projektowaniem aparatury analitycznej, w tym modulatora do GC, wykorzystywanego następnie przez Johna Phillipsa i współpracowników w projektach nad GCxGC.
Po ukończeniu SIU w roku 1982 spędziłem 18 miesięcy stażu doktoranckiego na Uniwersytecie Toronto, pracując z profesorem Michaelem Johnem Dignamem nad konstrukcją aparatu do analizy powierzchniowej w elektrochemii na Uniwersytecie Stanowym Utah, a potem na Uniwersytecie Waterloo. W 2013 roku w Polsce otrzymałem tytuł profesora nauk chemicznych. Chcę podkreślić, że wszechstronne wykształcenie, które otrzymałem zarówno na Politechnice Gdańskiej (studia inżynierskie, chemia bioorganiczna), jak i w USA (chemia analityczna, fizyka, informatyka oraz doświadczenie w konstruowaniu aparatury), pozwoliło mi na multidyscyplinarne spojrzenie na nowe kierunki w nauce, co zaowocowało unikalnym i interesującym programem badawczym grupy, którą prowadzę.
I jeszcze jedna jakże ważna uwaga. Nie bez znaczenia okazała się znajomość i zdolność płynnego posługiwania się językiem angielskim. Jest to podstawowy wymóg, oczywiście poza wiedzą specjalistyczną, aby wykorzystać możliwości pracy w środowisku naukowym za granicą. Polecam to uwadze szczególnie studentów wchodzących w świat nauki.

Szczepan Gapiński: Jest Pan pracownikiem naukowym na Uniwersytecie Waterloo. Proszę przybliżyć nam w kilku słowach zarówno uczelnię, jak i wydział, na którym Pan pracuje.
Janusz Pawliszyn: Uniwersytet w Waterloo jest uczelnią publiczną założoną w 1957 roku. Studiuje na nim około 36 tys. studentów. Uczelnia zatrudnia ponad 1200 wykładowców. Należy do grupy U15 uniwersytetów badawczych. Uczelnia oferuje programy studiów na sześciu wydziałach i w dziesięciu szkołach wydziałowych, w tym ponad 140 programów kooperatywnych. Prowadzi również trzy kampusy satelitarne i cztery stowarzyszone uczelnie wyższe. Uniwersytet w Waterloo uważany jest za jeden z czołowych uniwersytetów kanadyjskich w dziedzinie matematyki, informatyki i inżynierii. Ja jestem pracownikiem naukowym w Instytucie Wodnym (Water Institute), mój zespół badawczy liczy obecnie kilkanaście osób.

Marek Tobiszewski: Kontynuuję rozpoczętą w Gdańsku rozmowę. Porozmawiajmy zatem chwilę o Twoich zainteresowaniach naukowych. Wiem, że koncentrują się one wokół prośrodowiskowych rozwiązań analitycznych, w tym badań nad wyeliminowaniem rozpuszczalników z etapu przygotowania próbki, umożliwiających automatyzację tego ważnego etapu każdej analizy chemicznej i stosowania opracowanych procedur poza laboratorium (on-site), z wykorzystaniem przyrządów przenośnych, lub przeprowadzania analizy w warunkach in vivo, przy łóżku chorego lub na sali operacyjnej. Wśród opracowanych metodyk znajdują się również rozwiązania alternatywne do ekstrakcji rozpuszczalnikowych, w tym stosowanie włókien pokrytych sorbentem, ekstrakcji do pułapki w igle (needle trap), ekstrakcji membranowej i ekstrakcji z wykorzystaniem płynu w stanie nadkrytycznym. Istotnym obszarem badawczym są również badania nad miniaturyzacją urządzeń rozdzielczych. Obaj jesteśmy chemikami, chromatografistami. Przybliżmy naszym zatem naszym czytelnikom pojęcie mikroekstrakcji SPME.
Janusz Pawliszyn: SPME jest techniką bardzo prostą w swojej koncepcji, natomiast jest też rozwiązaniem rewolucyjnym. Wcześniej uważano, że ekstrakcja musi być całkowita, czyli cała masa oznaczanej substancji, obecnej w próbce, musi zostać przeniesiona do fazy ekstrakcyjnej. Zmiana paradygmatu polegała na wprowadzeniu ekstrakcji równowagowej, co oznacza, że niewielka, ale proporcjonalna do stężenia w próbce ilość analitu ulega przeniesieniu do fazy ekstrakcyjnej. SPME jest rozwiązaniem prostym, bo jest to niewielka ilość sorbentu (początkowo stosowany był polidimetylosiloksan) na włóknie, które jest nośnikiem stałym. Jako młody naukowiec pracowałem z czujnikami, gdzie stosowane są światłowody, które z kolei pokryte są właśnie polidimetylosiloksanem. Podczas desorpcji laserowej umieściłem kawałek światłowodu w chromatografie i zauważyłem, że po podniesieniu temperatury pojawiły się zupełnie nowe związki. To naprowadziło mnie na informację, że polidimetylosiloksan może bardzo dobrze służyć jako sorbent. Koncepcję tę opisałem we wniosku grantowym, ale odrzucono go. Recenzenci argumentowali, że jest za mało sorbentu do przeprowadzenia ekstrakcji, czułość i odzyski będą zbyt niskie. Pokazuje to, jak trudno wprowadzić jest zmianę paradygmatu w nauce.

Marek Tobiszewski: Technika SPME jest obecnie stosowana przez naukowców na całym świecie. Opowiedz proszę o ciekawszych zastosowaniach.
Janusz Pawliszyn: Jedną z głównych zalet techniki SPME jest to, że właśnie nie przeprowadzamy ekstrakcji ilościowej, a równowagową, co za tym idzie – włókno z sorbentem można bezpośrednio umieścić w badanym obiekcie, a nie próbce. Stosowane są zatem do tak zwanej chemicznej biopsji, w której nie jest pobierana tkanka z organizmu, a jedynie związki chemiczne z tkanki. Związki te mogą być na przykład markerami chorób. Główne zastosowanie w bioanalityce to badanie chemizmu mózgu, świetnie nadają się do badania lipidów czy peptydów obecnych w tkankach mózgu i odpowiedzialnych za odpowiednie funkcjonowanie tego organu. Jak o organach mówimy, to SPME jest stosowane do określenia jakości narządów do przeszczepów. Lepiej jest zrobić biopsję chemiczną przy pomocy SPME niż tradycyjną biopsję, polegającą właściwie na uszkodzeniu organu. Otwarte są niesamowite możliwości.
Na przykład umieszczamy włókna na dronie i wysyłamy na dno oceanu w pobliże podwodnego wulkanu, aby badać, jakie związki są emitowane z tego typu środowisk. Mierzymy jakość powietrza w miejscach trudno dostępnych, jako że włókno z analitami znacznie łatwiej transportować niż próbki powietrza.

Marek Tobiszewski: W trakcie naszego spotkania na Politechnice Gdańskiej pochwaliliśmy się posiadaniem jako uczelnia statusu uczelni badawczej. Realizowany od 2019 roku i wprowadzony przez nową ustawę program „Inicjatywa doskonałości – uczelnia badawcza” (IDUB) stanowi jeden z kluczowych elementów reformy nauki i szkolnictwa wyższego w Polsce. Jego priorytetem jest wyłonienie i wsparcie uczelni, które będą dążyć do osiągnięcia statusu uniwersytetu badawczego, a także będą w stanie skutecznie konkurować z najlepszymi ośrodkami akademickimi w Europie i na świecie. Wymiernym efektem wygranego przez nas konkursu jest zagwarantowane w latach 2020–2026 coroczne zwiększenie finansowania w wysokości 10 proc. subwencji z 2019 roku na realizację planów rozwojowych zawartych we wnioskach konkursowych. Stąd też dzięki programowi IDUB utworzyliśmy cztery centra naukowe: Centrum BioTechMed, Centrum EkoTech, Centrum Technologii Cyfrowych oraz Centrum Materiałów Przyszłości, a w ramach współpracy z otoczeniem społeczno-gospodarczym powołano ogólnouczelniane, interdyscyplinarne centra badawczo-wdrożeniowe: Centrum Morskiej Energetyki Wiatrowej, Centrum Technologii Wodorowych oraz Centrum Energetyki Jądrowej. Programy dla pracowników nauki PG są elementem realizacji przez uczelnię zadań wynikających z programu IDUB. Stanowią wsparcie przy pozyskiwaniu przez naukowców prestiżowych grantów międzynarodowych, umożliwiają dofinansowanie działalności publikacyjnej czy sfinansowanie kosztów prowadzonych badań naukowych oraz rozwój młodych naukowców w obszarach zgodnych z działalnością centrów priorytetowych obszarów badawczych PG. Jak w Kanadzie tamtejsze uczelnie pozyskują środki na badania naukowe?
Janusz Pawliszyn: Gratuluję wysokiej pozycji naukowej mojej Alma Mater. Przechodząc na grunt kanadyjski, czy amerykański, bo pracowałem też w Stanach Zjednoczonych, naukowcy, aby prowadzić badania naukowe, muszą zdobywać środki, granty. Łatwiej jest, gdy jest się członkiem znanej, aktywnie działającej grupy badawczej. Wciąż jednak trzeba taki wniosek dobrze napisać – należy pamiętać, że oceniają go najlepsi naukowcy, którzy nie mają czasu. Wniosek należy przygotować w przystępny sposób i tak go napisać, aby złapać uwagę oceniającego. Moim zdaniem trudno jest dostać finansowanie na badania, które są zupełnie przełomowe.

Marek Tobiszewski: Zbliżamy się do końca naszej rozmowy. Proszę, powiedz kilka słów na temat prywatnych zainteresowań.
Janusz Pawliszyn: Jestem miłośnikiem przyrody. Uprawiam wędrówki górskie, jeżdżę na rowerze oraz konno. Jak czas pozwoli, uprawiam kajakarstwo. Zimą uprawiam narciarstwo, lubię narty biegowe i zjazdowe. Jedyne, czego żałuję, to chroniczny brak czasu. Nauka jest piękna, ale też nie pozwala na zbytnią swawolę z czasem oderwanym od niej.

Marek Tobiszewski: Dziękuję za rozmowę i poświęcony czas. Jako prodziekan Wydziału Chemicznego PG podtrzymuję skierowane pod Twoim adresem zaproszenie do wygłoszenia okolicznościowego wykładu dla pracowników naukowych, doktorantów i studentów wydziału. Gwarantuję, że spotka się ono z wielkim zainteresowaniem. Trzymam zatem kciuki za możliwie szybkie spotkanie na naszej uczelni.
Janusz Pawliszyn: Podtrzymuję dane słowo, myślę, że wraz z moim kolejnym przyjazdem do rodzinnej Gdyni nadarzy się ku temu stosowna okazja. Będziemy w kontakcie. Dziękuję za dzisiejsze spotkanie.

szczepan.gapinski@pg.edu.pl

martobis@pg.edu.pl