Recenzja I - Instytut Optoelektroniki WAT

Prof. n. tech. dr hab. n. fiz. inż. lek. med. Halina Podbielska
Katedra Inżynierii Biomedycznej
Wydział Podstawowych Problemów Techniki
Politechnika Wrocławska
50-370 Wrocław
Wybrzeże Wyspiańskiego 27
15.02.2016
Recenzja rozprawy doktorskiej
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 21.12.2015).
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.
Recenzja rozprawy doktorskiej
Development and application of a laser plasma soft X-ray source for radiobiology studies, Autor: Daniel Adjei
1
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
badaniami
rozumianymi
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 2,344,4 nm, w energii w zakresie 280-530 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
Recenzja rozprawy doktorskiej
Development and application of a laser plasma soft X-ray source for radiobiology studies, Autor: Daniel Adjei
2
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
Recenzja rozprawy doktorskiej
Development and application of a laser plasma soft X-ray source for radiobiology studies, Autor: Daniel Adjei
3
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
Recenzja rozprawy doktorskiej
Development and application of a laser plasma soft X-ray source for radiobiology studies, Autor: Daniel Adjei
4
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
Recenzja rozprawy doktorskiej
Development and application of a laser plasma soft X-ray source for radiobiology studies, Autor: Daniel Adjei
5