Matevž Dular

Pri prijavi “navadnih” raziskovalnih projektov smo večinokrat zelo previdni – navadno natančno opredelimo metodologijo in cilje raziskav, še bolj ključni pa se nam zdijo pričakovani rezultati. Zaradi nujnosti uspešnega zaključka projekta prijavljamo raziskave, kjer sta pot in cilj že v naprej precej jasno znana. Pri tem pa se pojavi vprašanje – če poznam pot in cilj, ali je to potem sploh še raziskovanje?

ERC financira izključno HIGH risk – HIGH gain raziskave. Zveni super, ampak kaj to zares pomeni, mi je začelo postajati jasno šele po kakšnem letu dela na CABUM-u… no ja vsaj “High risk”, “High gain” še pride… upam.

Ena izmed najbolj zastopanih razlag učinkovanja kavitacijskih mehurčkov je, da ob kolapsu temperatura naraste na več deset tisoč stopinj (celzija ali kelvina je tu vseeno). Pri tem pride do disociacije vode, ki razpade na •H in •OH radikale, čemur sledi oksidacija. Meritve so pokazale, da do tega pride pri kolapsu osamljenega mehurčka – mehurčka, ki se nahaja daleč stran od sten in drugih mehurčkov – saj, kot tak, kolapsira izredno simetrično, lahko bi rekli tudi “pravilno”, kar povzroči porast temperature. Kaj pa v “inženirski” kavitaciji, kjer imamo množico mehurčkov, ki se zaletavajo, združujejo, razpadajo, kjer kolaps enega povzroči močnejši, včasih pa šibkejši kolaps sosednjega?

Že pred začetkom projekta smo posredno pokazali, da vpliv mehurčkov na bakterije najverjetneje ni povezan z oksidacijo, saj smo največji učinek dosegli pri zelo stabilni obliki parnih mehurčkov, ki navadno ne kolapsirajo. Po drugi strani pa smo imeli za glavnega osumljenca za inaktivacijo virusov prav oksidacijo, spet na podlagi posrednih dokazov (žal mehurčki na koronavirus ne morejo delovati… no, razen, če bi ga prej utopili v kozarcu vode). 

Ker so radikali izredno kratkoživi, jih najlažje dokažemo preko nastanka določenih produktov. Metodologij je več, najpogosteje pa raziskovalci uporabijo dozimetrijo s salicilno kislino – vodi dodamo majhno količino salicilne kisline (0.03%), jo izpostavimo procesu (na primer kavitaciji), nato pa izmerimo količino produktov, ki nastanejo ob reakciji salicilne kisline z •OH radikali (ti so dolgoživi). Enostavno!… No, ni…

Mojca: “Matevž, daj pridi v laboratorij, kavitacija se čudno sliši…”

Ja, kavitacija se je res slišala “čudno”, tekočina v merilni postaji (1 liter vode z dodatkom 300mg salicilne kisline) pa se je začela še bolj “čudno” peniti. Ko smo vse skupaj posneli s hitro kamero, je kmalu postalo jasno… pri vseh, ja čisto pri vseh dosedanjih študijah, kjer so za dokazovanje nastajanja radikalov porabljali mešanico vode in salicine kisline, niso opazili (ali pa ni nihče omenil), da se kavitacija bistveno spremeni in da je le malo podobna tisti, ki bi nastala v navadni vodi. To je bila “Eureka”, sledilo je kakih 6 mesecev meritev in simulacij, ki so podale odgovor na “Zakaj se kavitacija spremeni?” in na še pomembnejšega na “Kako optimizirati metodologijo, da vpliva na kavitacijo ne bo?”.

S tem, ko smo optimizirali metodo za dokazovanje nastajanja •OH radikalov, smo lahko dokazali, da radikali nastajajo tudi v “inženirski” kavitaciji. Naslednji korak je bil, da smo vodi dodali metanol (seveda smo preverili, da na kavitacijo nima vpliva), ki reagira z radikali, še preden ti pridejo do virusa. Torej bi morala biti kavitacija v tem primeru neučinkovita – pa ni bila, bila je enako uspešna. Se pravi, da tudi pri virusih ne gre za učinkovanje preko oksidacije (vsaj ne tiste z •OH radikali). Zakaj? Kaj pa? (Še) ne vemo…

Lepota raziskovanja je, da ne poznaš poti in stranpoti, ki so lahko še zanimivejše. Med opazovanjem posnetkov s hitro kamero smo prišli do še enega presenečenja…

Matevž: “Kaj so to zaene sence, ki šibajo sem in tja? A je kdo med meritvami premikal osvetlitev?”

Vsi: “???!!! A smo slučajno posneli udarne valove?”

Ve se, no ja, verjame se, da ob kolapsu kavitacijskega oblaka (množice mehurčkov) nastane udarni val, ampak tega še nihče ni uspel izmeriti… do zdaj. V toku je bila prisotna množica stabilnih mehurčkov, ki so nastali kot posledica dodajanja salicilne kisline vodi. Ko je preko njih stekel udarni val so se nekoliko zmanjšali, slika je mestoma postala temnejša, vse skupaj pa je izgledalo kot senca, ki šiba sem in tja. Spet “Eureka” in spet 6 mesecev razvoja algoritma, ki prepozna “sence” in izmeri amplitudo udarnega vala. Med drugim smo pokazali, da se udarni valovi širijo s hitrostjo med 100 in 800 m/s in da njihova amplituda seže preko 50 bar. Rezultate smo pokazali na konferenci, kjer so me organizatorji prvič (in verjetno zadnjič) prosili za ponovitev predavanja naslednji dan, ker je nekaj ključnih ljudi prvi dan manjkalo.

Če povzamemo z besedami Enrica Fermija, ko se je vrnil z neke konference… Po letu in pol dela na CABUMu smo še vedno zmedeni, ampak na precej višjem nivoju. Še dobro, da je projekt označen s High risk – High gain…