Inženierzinātņu doktora Šutkas vadībā RTU Funkcionālo materiālu tehnoloģiju laboratorijā desmit jaunieši izstrādā materiālus nākotnes inovācijām. Daudzas no aktuālākajām cilvēces tehniskajām problēmām mēs nevaram atrisināt, jo nav piemērotu materiālu, tāpēc tieši sasniegumi materiālzinātnē ietekmēs to, kādas tehnoloģijas mums būs pieejamas tuvākajā nākotnē. Plašākai publikai Latvijā Šutka kļuva atpazīstams ar pētījumiem nanoģeneratoru jomā – tās ir jauna veida ierīces, kas ļauj apkārtējā vidē esošo vēja, skaņas, svārstību enerģiju pārvērst elektriskajā. Nākotnē šāda veida ierīcēm varētu būt plašs pielietojums portatīvo elektrisko ierīču uzlādē un tās varētu kalpot kā alternatīva baterijām, dažāda veida sensoru un detektoru darbināšanai. Tagad Šutkam ar kolēģiem izdevies sintezēt jaunu savienojumu, kas nogalina baktērijas, un šobrīd viņi izstrādā pārklājumu, ar kura pārklātajām virsmām ietu bojā tādi vīrusi kā koronavīruss.
Kā tu vispār nonāci līdz materiālzinātnei?
Skolā man labi padevās ķīmija un gribējās arī to studēt, devos uz RTU Materiālzinātnes un lietišķās ķīmijas fakultāti, kur bija programma “Materiālzinātne”, kas man šķita interesantāka nekā parastā ķīmija, turklāt dokumentu iesniegšanas laikā tur bija mazāka rinda, tā arī es tur nokļuvu.
Tava zinātniskā karjera ir kā katra jaunā zinātnieka ideāls. Doktora grāds iegūts 26 gadu vecumā, tad pēcdoktorantūra Tartu Universitātē, virkne prestižu balvu un teju 1500 citējumu. Tagad tu vadi laboratoriju, kas piesaistījusi finansējumu vairāk nekā miljona eiro apmērā. Kas ir tava panākumu atslēga, un ar ko ir īpaša dzīve zinātnē?
Panākumu atslēga ir, ka jālasa daudz literatūras, tiešām daudz, visu laiku ir jālasa.
Zinātnē ir jādzīvo bez pārtraukuma, nevar aiziet mājās pēc darba un sākt dzīvot savu dzīvi, dzīve ir zinātne.
Darbs aizņem visas 24 stundas, ar to arī atšķiras. Ja ej uz darbu un dari kaut ko, kas neinteresē vai arī varbūt interesē, bet tas tomēr neinteresē tik daudz, ka ir galvenais dzīvē, tad aizej mājās un dari kaut ko citu, kas labāk patīk – makšķerē, spēlē datorspēles vai skaties televizoru, vienalga. Tā arī ir tā atšķirība. Tas viss mijās ar garām darba stundām, bez tā droši vien arī zinātnē neko nevarētu sasniegt.
Kā tu vērtē zinātnes vidi Latvijā?
Mums ir jāpieliek vairāk pūļu nekā citur, lai globālā kontekstā sasniegtu to pašu līmeni vai gūtu kaut kādus panākumus. 90. gados mums bija pārrāvums – liela daļa zinātniskā personāla aizgāja prom no zinātnes, tādējādi pārtrūka zināšanu pēctecība un nodošana jaunākajai paaudzei, kura saskārās ar situāciju, ka kaut kādās zinātnes jomās bija maz ekspertu, apgrūtinot jauno zinātnieku izaugsmi un darbu. Salīdzinājumā ar citām valstīm studējošo un zinātnē strādājošo mums ir relatīvi maz, tādēļ izaicinājums ir viss – cilvēkresursi un komandas biedri un spēcīgs pamats no profesoriem.
Kāda ir tava komanda?
Ar komandu man ir ļoti paveicies, tajā ir jauni doktoranti, zinātnieki. Kad es šo zinātnisko grupu veidoju, tiecos, lai visi, kas pievienojas, apzinātos, ka mūsu mērķis ir kaut ko sasniegt. Visi mēs gribam zinātnē kaut ko sasniegt, nevis nodarboties ar to tāpat vien. Un tādi mēs visi esam – tiešām gribam daudz sasniegt, nodarboties ar reālu pētniecību, sasniegt reālus rezultātus, nevis nodarboties ar blakus lietām.
Uz kādiem rezultātiem jūs tiecaties?
Mērķus mēs nostādām paši ar saviem projektu pieteikumiem, kur tie arī ir definēti, bet tāds globāls mērķis mums ir ar starpdisciplināriem daudzšķautņainiem pētījumiem publicēties pēc iespējas augstāka līmeņa žurnālos. Iekļūt šādos žurnālos ir diezgan grūti, taču kad tas izdosies, tad arī attīstīsies kompetence un radīsies redzējums par reāliem pielietojumiem, komercializāciju un praktiskām lietām.
Kā tavu zinātnisko darbību ietekmējusi Covid-19 krīze?
Tā pati ceļošana. Diezgan daudz braukāju uz konferencēm, šogad bija paredzēts īpaši daudz braucienu, gandrīz katru mēnesi. Protams, tas viss ir atcelts, bet sadarbība ar vairākiem ārzemju zinātniekiem turpinās visu laiku tiešsaistē, diskutējam, pārspriežam rakstus, bet jauni kontakti, protams, neveidojas, sēžu uz veciem lauriem. Daudziem konferences ir arī iedvesmas avots, iespēja uzzināt daudz ko jaunu. Citādā ziņā daudz šo krīzi to neizjūtu, pētniecības laboratorijas mums netika aizslēgtas, un visu šo laiku mēs esam turpinājuši intensīvi strādāt.
Taču citur pasaulē pašlaik slēdz arī pētniecības laboratorijas, tāpēc zinātne kopumā mazliet iepaliks, tā tas ir.
Ko tu pats dari, lai šo Covid-19 krīzi atrisinātu? Kas ir šis jaunais antibakteriālais savienojums, pie kura strādājat?
Iepriekš strādājām pie viena materiāla komercializācijas farmācijas notekūdeņu attīrīšanai, un pētījuma gaitā atklājās, ka tam ir ļoti spēcīgas antimikrobiālās īpašības. Pusgadu vai gadu pēc tam sākās Covid-19 pandēmija, tāpēc radās interese un nepieciešamība pētīt šī materiāla pielietojumu, lai ierobežotu šādu dažādu infekcijas slimību, tajā skaitā Covid-19, izplatību, un tagad strādājam pie tā, lai pārnestu šos materiālus uz virsmām. Šobrīd pirmā ideja ir uzklāt uz īpašas līmlentes, ar kuru var aplīmēt visu, ko nepieciešams aizsargāt – rokturus, galdu virsmas, vienalga. Tomēr, lai gan mūsu savienojuma aktivitāte ir ļoti augsta, problēma ir tā, ka, iestrādājot pārklājumā, šie materiāli tiek pasivēti un jāsaprot, kā tos bez pasivējošās saistvielas (piemēram, kāds polimērmateriāls, kas salīmē) kaut kur uzklāt. Tas nav tik vienkārši, kā, piemēram, iejaukt pulveri krāsā un krāsot uz sienām, jo gluži vienkārši krāsā esošais polimērs apņem daļiņas un viņu virsma vairs nav vērsta uz apkārtējo vidi un tās nespēj aktīvi iedarboties.
Kāds ir šis savienojums?
Tas ir pulverveida materiāls, kuram ir vairākas priekšrocības: tas sastāv no videi draudzīgiem elementiem – kalcija un dzelzs, ir lēti iegūstams un videi draudzīgs. Resursi šī savienojuma iegūšanai atšķirībā no, piemēram, jona baterijām nav ierobežoti. Tas arī nav toksisks.
Un kā panākt materiāla aktivitāti?
Šim materiālam atklājām antimikrobiālās īpašības, un tagad mums drīzāk nevis jāpanāk aktivitāte, bet jāizskaidro, kāpēc tam ir tāda aktivitāte. Tas galīgi nav vienkāršs uzdevums, un šeit talkā nāks daudzas institūcijas, arī zinātniskās, kuras pievienojās pētījumam, un mēs skatāmies, vai tur izdalās radikāļi, vai daļiņām veidojas kaut kāda morfoloģija, mēģinām izprast jonus, jo aktivitāte tiešām šīm daļiņām ir augsta.
Tas nozīmē, ka viss, kas nonāk saskarē ar šo materiālu, tiks iznīcināts?
Baktērijas un mikrobi, ja tie ir ūdenī, kur pievienota šī pulverveida komponente, būs miruši. Mēs pētām arī daudzas praktiskas šī materiāla pielietojuma iespējas, esam pat higienizējuši notekūdeņu dūņas, pusstundas laikā sterilizējot no notekūdeņu stacijas, kur ir viss, kas nāk no atejām, iegūtās dūņas.
Tas mums ļauj domāt par materiāla iespējamo pielietojumu gan ūdens dezinfekcijā, gan dūņu sterilizācijā, gan šādos antimikrobiālos pārklājumos, ir arī vēl citas idejas, bet principā, jā, šis materiāls varētu būt ar plašu pielietojuma spektru.
Cits tavs pētījuma virziens ir fotohromi materiāli, kas gaismas iedarbībā maina krāsu. Saprotu, ka tavs nodoms ir radīt viedos logus, kas regulētu siltumu, saules gaismas caurlaidību. Kādēļ tas būtu nepieciešams?
Šādi viedie logi nepieciešami, jo tādā veidā iespējams samazināt enerģijas patēriņu, piemēram, debesskrāpjos, stikla celtnēs, kur ir ļoti liels elektroenerģijas patēriņš gaisa kondicionieru dēļ. Patēriņu varētu samazināt, ja mēs varētu nobloķēt infrasarkano starojumu, kas, iekļūstot telpā caur logu, rada siltumnīcas efektu.
Šī ideja radās, strādājot Tartu Universitātē, kur man kā pēcdoktorantūras pētniekam bija uzdevums strādāt ar gudro logu ierīcēm, un tur bija vairāki koncepti gan redzamai gaismai, gan tā saucamās daļiņu suspensijas, gan šķidro kristālu logi, gan arī šie te fotohromie logi. Mēs tur strādājām vairāki jauni zinātnieki, tās visas idejas tur grozījās, un fotohromie [logi] uzrādīja ļoti interesantas īpašības. Atgriežoties Rīgā, ieguvām Latvijas Zinātnes projekta finansējumu, lai pētītu, kā uztaisīt reālas gudro logu ierīces, pārklājumus un arī kā modificēt tajā izmantotā materiāla daļiņas, lai būtu augstāka aktivitāte, un kā selektīvi aizturēt tikai infrasarkano starojumu, neietekmējot redzamās gaismas caurlaidību, jo tā ir svarīga. Mēs arī esam iecerējuši, ka šī mūsu veidotā gudro logu sistēma būs pašuzturoša, tai nevajadzēs ārējus enerģijas avotus.
Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā domā par caurspīdīga pārklājuma logiem, kas darbotos kā saules šūna. Cik apvienojami ir dažādi pārklājumi, lai mēs varētu izvēlēties gan saules šūnu, gan arī šo efektu?
Iespējams, varbūt to arī nemaz nevajag. Ir ļoti laba ideja pie tāda veida materiāliem strādāt, pasaulē daudzi jau pie tā mēģina darboties, dabūt šādas caurspīdīgas saules šūnas stikliem, tādējādi ražojot enerģiju. Grūti spriest, vai būtu vajadzīgs vispār apvienot, bet, ja izdomātu, ka vajag, tad to reāli varētu arī izdarīt, tas tā nebūtu grūti, es domāju.
Kad mēs varēsim gaidīt pirmos viedos logus?
Šis ir mūžīgais jautājums. Grūti pateikt. Tas ir atkarīgs no rezultātiem – ja tie būs veiksmīgi, tad tāpat paies vismaz pieci gadi, lai nonāktu līdz produktam demonstrācijas līmenī, un tad vēl visas tirgus peripetijas, komercializēšana. Tas ir tik sarežģīti un grūti prognozējami, varbūt vispār beigās rezultāti būs tādi, ka to īsti nav jēgas nekur virzīt, un tad jāķeras pie kaut kā cita.
Zinātne ir kā amerikāņu kalniņi. Citreiz varbūt ir sarūgtinājums, vilšanās, ka tu esi tik daudz ieguldījies un izdarījis un beigās varbūt nekā nav, bet ar to jārēķinās.
Bet tas nekas, tāpat viss šis pētījuma process ir bijis ļoti interesants, bijusi iespēja – publicēties, parunāties ar citiem pētniekiem pasaulē par šīm lietām.
Tu nodarbojies arī ar nanoģeneratoriem. Kāpēc mums tādi būtu vajadzīgi, un kāds ir to iespējamais pielietošanas veids?
Visa enerģija, kas rodas kustoties, no trokšņa, vibrācijām, tiek izniekota, zudumi aiziet vidē, nebūtībā, bet to visu mēs varam transformēt un izmantot. Tāda arī ir tā to jēga. Varbūt telefonu gluži uzlādēt nevar, bet kādus mazākus sensora elementu, kas, piemēram, monitorē veselību, varētu barot ar šādu enerģiju, un kāpēc gan to nedarīt, tādējādi aizvietojot baterijas, kas pēc pāris darbošanās gadiem būtu jāmaina, turklāt ir ļoti kaitīgas videi.
Kādas inovācijas materiālu jomā mēs varētu sagaidīt tuvāko gadu laikā?
Lai rastu aizvietojumu litija jonam, ļoti plaši pētījumi notiek bateriju jomā, un domāju, ka klajā nāks jaunas baterijas. Tās varētu būt ļoti ietilpīgas, bāzētas uz ūdens vai no lētiem joniem kā, piemēram, kalcija. Vēl pētījumi saules šūnu un alternatīvās enerģijas jomā. Un, protams, šis mans antimikrobiālais materiāls.
