Vreme nanotehnologija

Ove dve mRNK nanovakcine, po mišljenju Svetske zdravstvene organizacije, „jedno su od najvećih dostignuća poslednjih decenija, koje će doprineti suzbijanju ove pandemije“, čime će biti sačuvani milioni ljudskih života i milijarde dolara materijalnih dobara.

Fajzeru je, prema rečima njihove uprave, tri milijarde proizvedenih doza nanovakcina samo u 2021, donelo više od 35 milijardi dolara zarade.

Time je otvoren put i za mnoga druga dostignuća iz oblasti nanotehnologija, prema kojima je dosad vladalo nepoverenje, kad je reč o finansijskoj dobiti.

Nanotehnologija predstavlja primenu naučnih i inženjerskih principa u cilju dizajniranja materijala na atomskoj i molekulskoj skali u strukturama manjim od 100 nanometara (jedan nanometar je milijarditi deo metra).

Na nano nivou materijali mogu da se ponašaju sasvim drugačije i da imaju potpuno drugačije osobine.

Nanočestice zlata nisu boje zlata, već su crvene ili ljubičaste, i za razliku od kompaktnog materijala, koji je hemijski inertan, one su katalizator.

I kod drugih materijala postoji taj fenomen zavisnosti osobina od veličina čestica, što daje mogućnosti da se prelaskom na nano nivo, stvore potpuno nove osobine materijala.

Novo pakovanje

Iako su nanomaterijali, istina pod drugim nazivima, najčešće ultrafini, poznati već više od stotinak godina, pokretanjem Nacionalne nanotehnološke inicijative u SAD (2001), udareni su temelji nanonaukama i nanotehnologijama, najpre u SAD, a potom i u drugih sedamdesetak zemalja.

Nemerljive su blagodeti koje je ova oblast već podarila čovečanstvu.

Nikad pametni telefon, koji danas svaki mladi čovek drži u rukama, ne bi mogao ostvariti toliku raznovrsnost funkcija i toliki uspeh bez ključnih istraživačkih prodora u oblasti novih materijala i nanotehnologija.

Kad bi se sve baterije, koje se nalaze u uređajima oko nas ispraznile, nestao bi sav komfor u kome uživamo, stali bi mobilni telefoni, tableti i laptopovi, fotoaparati i kamere, alarmni sistemi, merni uređaji, časovnici, televizori, pejsmejkeri kod srčanih bolesnika i automobili sa hibridnim pogonom. Tokom dvogodišnje borbe sa korona virusom suočili smo se sa „najzločestijom, ali i najpametnijom i najnepredvidivijom“ nanočesticom, koja je iza sebe ostavila milione unesrećenih i pustoš u mnogim kućama.

Svi smo je već upoznali i zapamtili njen izgled, čija je veličina 70-120 nm, sfernog je oblika i u njenoj unutrašnjosti je genom RNA obložen brojnim proteinima, a na površini su S šiljci pomoću kojih virus prodire u žive ćelije. Naučno rešenje ugrađeno u mRNA nanovakcine, bazira se na „učenju“ našeg imunog sistema da stvori antitela na S šiljcima, čime se slabi probojnost, odnosno moć njihovog ulaska u naše ćelije.

Veliko takmičenje

Istraživači, instituti, univerziteti i zemlje, učestvuju u svetskom takmičenju, ko će ostvariti zapaženija naučna i tehnološka ostvarenja, koja će im omogućiti dominaciju na tržištu znanja, inovacija, proizvoda i kapitala.

Mere se, broj i kvalitet publikacija i njihova citiranost, kao i broj patenata i količina dobara ostvarenih kroz nanotehnološke proizvode i rangiranje značajno utiče na pozicije zemalja učesnica ovog velikog takmičenja.

Od ukupno 212.300 nanočlanaka (članaka sa prefiksom nano) u 2021. u Web of Science bazi podataka, Kina i dalje dominira sa 89.800, a zatim slede SAD sa 24.632, Indija 19.960, Iran 11.600 i Južna Koreja 10.870. Srbija se sa 374 članka nalazi na 59 mestu.

Tokom 2021. samo u Američkom patentnom zavodu pojavilo se 23.750 nanopatenata, od čega 14.044 objavljenih i 9.705 registrovanih.

Od 14.044 objavljena, 6.388 pripada američkim institucijama (47 odsto), nakon čega su na listi Kina (1.599), Koreja (1.364), Japan (979) i Tajvan (424).

Odnos broja patenata i broja publikacija, govori o „uravnoteženosti“ odnosa primenjenih i osnovnih istraživanja i po tom kriterijumu na vrhu su SAD, sa porastom od 42 do oko 50 patenata na 100 publikacija u poslednjih pet godina (2016-2021).

Zatim slede Tajvan sa 35, Koreja 27.5, Švajcarska od 16.5-20 i Holandija 17-20, sa blagim porastom broja patenata iz godine u godinu.

Slovenija se nalazi na 37. mestu sa 1.5-2.5, Hrvatska na 77. mestu sa oko 0.5 patenata, a Srbija na dnu, sa 0 patenata, već godinama, bez ikakvog napretka.

Nanoproizvodi

Godinama nisu postojale baze podataka u kojima bi se moglo pratiti stanje nanoproizvoda, njihovih osobina i proizvođača, zbog čega nije mogla da se sagleda slika realnog stanja u ovoj oblasti.

Poslednjih godina Stat Nano vrlo detaljno prati stanje u ovoj oblasti, tako da se i porast broja nanoproizvoda i njihove primene može lakše analizirati.

Završno sa 31. decembrom 2021. godine 9.425 nanoproizvoda realizovalo je 2.867 kompanija, čija se sedišta nalaze u 64 zemlje.

Različiti podaci i karakteristike, dostupni su za sve nanoproizvode, uključujući marke koje postoje na tržištu, osobine proizvoda i primene koje su poboljšane nanotehnologijama, nanomaterijali koji su korišćeni u proizvodnji i sertifikati nanoproizvoda.

Najviše je proizvođača iz SAD – 3.151, Kine – 805, Nemačke – 794, Irana – 460 i Švajcarske – 451, dok je pri dnu veliki broj zemalja, među kojima je i Srbija sa 0 nanoproizvoda.

Ne menja se mnogo broj proizvoda godišnje, tako da je u odnosu na poslednje dve godine (2021/19) njihov broj porastao za oko pet odsto.

Više od 3.000 nanoproizvoda je iz oblasti elektronike i medicine.

Medicina je posebno atraktivna, o čemu svedoče i dve mRNA nanovakcine američkih proizvođača Fajzer-BioNTek i Moderna, čija je proizvodnja ostvarena u neverovatno kratkom roku od samo godinu dana, zahvaljujući prethodnim dugogodišnjim istraživanjima u srodnim oblastima.

Ove vakcine nisu samo protiv kovida 19 već potencijalno i drugih bolesti poput malarije, tuberkuloze, AIDS i eventualno kancera.

U bliskoj budućnosti puno se očekuje od primene nanotehnologija u prevenciji bolesti, dijagnostici snimanja i hirurškim zahvatima.

Tome će doprineti razvoj lekova sa kontrolisanim otpuštanjem pametnih nanočestica, primena matičnih ćelija, genske terapije, kao i primena nanokompjutera, razvoj implanta, inženjerstvo tkiva, usporavanje starenja i borba sa kancerom.

Na nanočesticama srebra bazira se 1.015 proizvoda, drugi po zastupljenosti je titan-dioksid (398), a slede silicijum-dioksid (367), volfram-disulfid (146) i glina (136).

Količinski, automobilska industrija za proizvodnju pneumatika je trenutno najveći korisnik – reč je o fino dispergovanim česticama ugljenika (čađi) za ojačavanje različitih polimera.

Najveći profit ostvario je Fajzer sa svojom Fajzer-BioNTek nanovakcinom protiv kovida 19, gde je od tri milijarde proizvedenih doza samo u 2021, ostvario više od 35 milijardi dolara zarade.

Postoji petnaestak zubnih pasti na bazi nano hidroksiapatita, koje podstiču ojačavanje i obnavljanje zubne gleđi i poboljšavaju antimikrobna svojstva.

Primer najlakšeg uvođenja nanoproizvoda u proces je slučaj nanotehnološke kompanije Nanobiz iz Poljske, koji je raniju produkciju zamenio nanoproizvodima.

Primer za ugled

Nakon američke nanoinicijative, sedamdesetak zemalja sledilo je njihov primer formirajući svoj program iz oblasti nanonauka i nanotehnologija.

Iran je 2005. pokrenuo svoju nanoinicijativu i može služiti kao primer kako se za kratko vreme može ostvariti ogroman tehnološki napredak u ovoj oblasti.

Većinom, planinska zemlja i delimično pustinjska visoravan s površinom od 1.648.000 km˛i 82 miliona stanovnika, sa 415 milijardi dolara BDP za 2021, pripada slabije razvijenim zemljama.

Cilj im je bio da se u narednih deset godina nađu među prvih petnaest zemalja, koje aktivno rade u ovoj oblasti.

Na ovim programima radi 9.000 istraživača u 90 instituta i 40 laboratorija. Takođe, na velikom broju iranskih fakulteta i instituta postoje programi iz širokog spektra nanonauka i nanotehnologija.

Zahvaljujući značajnim sredstvima iz ovog programa, znatno su poboljšali infrastrukturu, unapredili međunarodnu saradnju, privukli eksperte i razvili sistem za evaluaciju kvaliteta u nauci i tehnološkom razvoju.

Iran je bio šesti na listi zemalja po broju objavljenih nanočlanaka u 2016, da bi se sa 11.582 nanočlanka u 2021. podigao na četvrto mesto, posle Kine sa 89.800, SAD sa 24.600 i Indije sa 19.960.

Po kvalitetu radova, sa Hiršovim indeksom 48 za 2020. godinu, na četvrtom su mestu, dok im je petogodišnji Hiršov indeks nanopublikacija 142 i po njemu su jedanaesti na rang listi.

Imaju 21 odobren patent u Američkom patentnom zavodu i po tome se nalaze na 59. mestu.

Interesantno je da imaju jedan od najvećih udela od 30.56 odsto registrovanih nanopatenata, u odnosu na ukupan broj patenata u američkim i evropskim patentnim zavodima.

Takođe, imaju 460 nanoproizvoda, najviše iz građevinarstva (116), tekstila (116), medicine (56) i 213 kompanija u kojima se proizvode nanoproizvodi.

Posle SAD i Nemačke, imaju najveći broj medicinskih nanoproizvoda.

Drugi u svetu su proizveli lek protiv kancera Doxorubicin liposomal, koji se primenjuje u lečenju raznih vrsta kancera.

Pokrenuli su i uspešno vode StatNano.com bazu podataka za nanotehnologije u kojoj se nalazi jako veliki broj dragocenih informacija iz nanotehnologija.

Interesantan je i primer Singapura, kao male zemlje sa jako velikim društvenim proizvodom i izvrsnom naukom, koja iz godine u godinu povećava broj patenata i proizvoda.

Neposredno nakon pokretanja američke nanoinicijative, Vlada Singapura je prepoznala značaj nanotehnologija i shvatila da uz bio i info predstavljaju okosnicu naučno-tehnološkog razvoja i na samom početku, preporučili su da sve institucije visokog obrazovanja treba da se koncentrišu na nano oblast i dali im ogromnu finansijsku podršku.

Singapur sa 5,7 miliona stanovnika ima 340 milijardi BDP za 2020. i sa 2.456 nanočlanaka u 2021. nalazi se na 23 mestu.

Hiršov indeks za 2020. im je 37 i prema njemu su na dvanaestom mestu, a petogodišnja njegova vrednost je 182 i prema njemu su četvrti. Imaju 1.702 članka u kategoriji Q1 (25 odsto prvih) u 2021. i nalaze se na dvadesetom mestu, a 1.048 u prvih 10 odsto časopisa.

Svedeno na milion stanovnika, prvi su na listi sa 475 publikacija, drugi po udelu publikacija u prvih 10 odstro časopisa, a treći svedeno na bruto društveni proizvod.

U Evropskom patentnom zavodu u 2021. imaju 13 registrovanih patenata i po tome su 25, a u Američkom 58 i tu su trinaesti.

Imaju relativno skroman broj patenata 6.5 na 100 publikacija i po tom kriterijumu su na 22. mestu. Sa 65 nanoproizvoda i 20 kompanija koje ih proizvode, nalaze se na 23. mestu u svetu.

Čekamo sledeću šansu

Proučavanje dizajniranja procesa sinteze i strukture ultrafinih sistema na atomskoj i molekulskoj skali, što je danas centralna oblast istraživanja u oblasti nanonauka i nanotehnologija, kod nas ima jako dugu tradiciju i doseže do početka 1960-ih godina.

Prve publikacije registrovane u Scopus i Web of Science bazi podataka, sa prefiksom nano, datiraju od 1994, sa laganim porastom, da bi 2007. dostiglo oko 150 publikacija.

Prvi sistematski opis stanja u Srbiji, dat je 2009. na osnovu bibliometrijskih pokazatelja.

Analizirani su broj i citiranost radova, raspodela radova po godinama objavljivanja, tipu publikacije, oblastima istraživanja, matičnim publikacijama u kojima su objavljeni, institucijama u kojima su zaposleni autori radova i po autorima radova.

Takođe, dat je pregled projekata iz oblasti nanonauka i nanotehnologija, koji su finansirani preko programa Ministarstva za nauku i tehnološki razvoj, iz oblasti fizike, hemije i medicine, u periodu 2006-2010. godine.

Ta analiza je poslužila da se formira 18 projekata iz nanonauka i nanotehnologija iz oblasti integralnih i interdisciplinarnih istraživanja, koje je finansiralo Ministarstvo prosvete, nauke i tehnološkog razvoja u periodu 2011-2019. i mislilo se da time počinje naša srpska nanoinicijativa.

Više od polovine istraživačkih grupa, koje rade u nanotehnologijama, uključilo se u okviru ove grupacije, jer se očekivalo da će imati mogućnost lakšeg dobijanja kapitalne opreme i drugih podsticajnih sredstava.

Istraživače je takođe privukla ideja da će se formirati NANO Centar, u kome će biti smeštena veća oprema, kojoj bi imali pristup svi istraživači, a za neke grupe koje nisu imali svoj odgovarajući eksperimentalni prostor, i mesto u okviru Centra.

Nažalost, jako malo od toga je realizovano.

Dokupljeno je nešto opreme, ali daleko od onoga sto su istraživači u okviru konkursa dobili.

Takođe, direktni materijalni troškovi bili su nedovoljni da se ostvare bilo koja tehnološka rešenja, tako da se ostalo samo na akademskim ostvarenjima.

Bilo je zaista projekata koji su ostvarili vanserijske rezultate, publikacije, citiranost, kvalitet doktorata, domaći patenti, ali sve zajedno daleko od naših realnih mogućnosti i ostvarenja inostranih kolega.

Analiza pokazuje da se poslednjih pet godina broj publikacija malo menjao, i od 340 koliko je bilo 2016, broj se povećao na 374 u 2021. godini, pri čemu je u tom periodu bio konstantan pad na rang listi uspešnosti zemalja, tako da smo sa 40. mesta gde smo bili pre desetak godina, došli do 59. u 2021. godini.

Uporedo sa tim, došlo je i do pada kvaliteta nanočlanaka u poslednjih pet godina, mereno i preko Hiršovog indeksa (71. mesto), broja članaka u prvih 10 odsto časopisa (55) i udela u prvih 10 odsto najcitiranijih članaka (60). Broj inostranih patenata i nanoproizvoda i dalje se nije pomerio sa nule.

Nedovoljna ulaganja u nauku, već godinama se odražavaju na stagnaciju i zaostajanje u osnovnim i primenjenim istraživanjima, naravno i nanotehnologijama.

Budžetska izdvajanja za nauku za 2020/21. iznosila su oko 200 miliona evra (0.46 BDP), što je ispod 30 evra po glavi stanovnika i već godinama se nalazimo na začelju liste zemalja po izdvajanjima za nauku.

Ne postoji nijedna zemlja iz okruženja ili onih kojima težimo, da su napravile imalo napretka u tehnološkom razvoju sa izdvajanjima, u jednom dužem vremenskom periodu, manjim od 50-100 evra po stanovniku, što u našim uslovima odgovara izdvajanju od jedan do dva odsto BDP, o čemu se već godinama unazad, stalno govori.

Sa takvim budžetom i prihvatanjem nekih modernih sistema organizacije istraživanja, primenjivih našoj sredini i mentalitetu, uz postepeno podsticanje izvrsnosti, pomoglo bi nam da se pomerimo iz dugogodišnjeg zaostajanja. Šansa koju smo imali početkom 2011, kad je po prvi put formulisana, na nivou države, naša nanoinicijativa, nije ostvarena, a pitanje je kad ćemo sledeću ponovo imati.

Autor je profesor Univerziteta i predsednik Društva za istraživanje materijala Srbije

Tvorci BioNTech vakcine

Januara meseca 2020, pročitali su u časopisu Lancet tekst o SARS-CoV-2 infekciji u Vuhanu i sa tridesetogodišnjim iskustvom u oblasti imunologije kancera, krenuli u trku za stvaranje vakcine. Krajem 2020. vakcinisana je prva osoba sa jednom od nekoliko milijardi proizvedenih vakcina. To je najbrže tehnološko ostvarenje jednog tako velikog medicinskog izazova koje je doprinelo početku slamanja pandemije korona virusa.

Nemački naučnici, lekarka Ozlem Tureci (Özlem Türeci, 1967) i onkolog i imunolog Ugur Šahin (Ugur Sahin, 1965), tvorci su BioNTech vakcine (BioNTech-Pfizer) i dobitnici brojnih prestižnih nagrada za nauku i tehnologiju.

Vakcina iz Moderne

Istraživanja Roberta Langera, profesora MIT univerziteta i osnivača kompanije Moderna, predstavljaju osnovu njihove kovid nanovakcine, iza koje stoje godine mukotrpnog rada. Langer ima više od 1.800 publikacija, 360.000 citata, 1.400 patenata koje je otkupilo 400 kompanija. Više od 1.000 ljudi iz celog sveta su sa njim radili doktorske ili postdoktorske studije, koji su danas profesori najuglednijih univerziteta ili vodeći ljudi velikih kompanija, a među njima je i Gordana Vunjak Novaković iz Srbije. Nažalost, kasnio je ovogodišnji poziv da dr Langer govori na YUCOMAT 2022 u Herceg Novom (https://www.mrs-serbia.org.rs/index.php/yucomat/yucomat-2022), objašnjava Dragan Uskoković.