MĒNEŠA PĒTNIEKS: Gaismas izzinātājs Jānis Spīgulis (copy 1)

Atmosfēra laboratorijā – darbīga, rīt gaidāmi viesi no Taivānas, ar kuriem ir kopīgs projekts. No rīta starptautiskai komisijai prezentēta bezvadu ierīce sirdsdarbības noteikšanai un padomā jau citi izgudrojumi. Kas tad īsti notiek Atomfizikas un spektroskopijas institūtā? Te ir četras laboratorijas, šobrīd esam Biofotonikas laboratorijā. Ideja pavisam vienkārša ­– esam fiziķi-optiķi, kas meklē jaunus risinājumus, izmantojot gaismu. Viena lieta ir strādāt fizikas fundamentālajā virzienā un optiskās metodes izmantot, piemēram, atomfizikā. Mēs kopš 70. gadiem eksperimentāli pētām gaismas un atomu mijiedarbību, turklāt visas tehnoloģijas un zināšanas virzām uz praktisku pielietojumu. Jāuzsver, ka optikas pielietojums medicīnā neattiecas tikai uz briļļu izgatavošanu. Optiskās metodes var izmantot, lai noteiktu dažādu slimību diagnozes un ārstētu, vien jāizveido attiecīgas ierīces. Kopš 90. gadu vidus tā nopietni esam pievērsušies  biomedicīniskai optikai. Tas ir virziens, kur ar vienu kāju esam fizikā un optikā, ar otru medicīnā. Tolaik izveidojām arī maģistrantūras kursu „Biomedicīnas optika”, daļa tā laika studentu turpina darbu institūtā. Biofotonikas laboratorijā meklējām savu darbības nišu, nu to esam atraduši, tā ir cilvēka āda. Pētām, kā tā uzvedas, skatoties no optikas viedokļa. Kādas ierīces izstrādājat? Zem ādas esošo asinsriti varam kontrolēt ar optiskām metodēm, piemēram, mērīt pulsu, ar optisku zondi pieskaroties pirksta galam. Šorīt pie mums viesojās starptautiska komisija, kurai demonstrējām kā ierīce darbojas. Asins pulsācijas var redzēt arī no attāluma, nemaz nepieskaroties cilvēkam! Un no jebkura video signāla, ja to pareizi apstrādā, var iegūt ādas asinsrites pulsācijas. Piemēram, ar īpašu programmu apstrādājot vakara ziņu pārraidi, var iegūt attēlu, kurā redzam, kā diktora sejā pulsē asinis. Pie šāda projekta strādājam pēdējā laikā. Ādu varam traumēt to sagriežot, sasitot, apdedzinot, bet sliktākais bojājums ir ādas vēzis – melanoma. Un jānoķer brīdis, kad it kā vienkārša dzimumzīme kļūst par melanomu, jo to vizuāli atšķirt ir grūti pat pieredzējušam ārstam. Ja audzējs izspiežas cauri ādas epidermas-dermas robežai un vēža šūnas nonāk asinsritē, cilvēku vairs nav iespējams glābt, jo šūnas izplatās pa visu organismu. Tādēļ cenšamies izstrādāt algoritmus un ierīces, kas varētu noteikt ādas izmaiņas un ārsti savlaicīgi varētu konstatēt audzēju. Kā pats nokļuvāt līdz Biofotonikas laboratorijas vadītāja krēslam? Manā jaunībā bija divas augsta prestiža studiju vietas – mediķi un fizmati. Man īsti nepatika ķīmija, tādēļ mediķos neiestājos, lai gan šobrīd domāju, ka varbūt tomēr vajadzēja. Bet izvēli studēt fizmatos nenožēloju, joprojām uzskatu, ka tā ir labākā fakultāte. Trešajā kursā atnācu uz Atomfizikas institūtu interesēties vai varu kā palīdzēt. Meklēju tēmu kursa darba izstrādei un man laipni piedāvāja rakstīt par lāzeriem, kas tolaik bija liels jaunums. Tad sāku strādāt par laborantu, jo studiju laikā papildu naudiņa nenāca par ļaunu. Tolaik gan spēlēju LU basketbola izlasē, kur arī bija nikns režīms – četras dienas treniņi un vēl divas spēles, bet tas iemācīja saplānot darbus un laiku velti nenositu. Doktorantūras laikā pētīju atomu sadursmju procesus. Šobrīd lielāko daļu ierīču var nopirkt par lielu naudu, tolaik vajadzīgās ierīces bija jātaisa pašam. Skrūvēju, lodēju un vīlēju, arī šobrīd vēl daudz ko veidojam paši savām rokām. Izveidojām pirmo fotonu skaitītāju, ar kuru var noķert un saskaitīt, teiksim, 100 – 200 fotonus, ko ar aci neredz. Bijām apguvuši eksperimentu tehniku, vakuumā metāla tvaikos mērījām vāju fluorescences starojumu. Izveidoto tehniku varējām pielietot arī citās jomās. Viens darbības virziens ir optoelektronika, piemēram, gaismas izmantošana optisko šķiedru sakaru sistēmās. Atklājām, ka to var pielietot praktiski, jo bioloģiski audi jeb āda arī izstaro gaismu, ja to apskata ar ultravioletajā starojumā. Tā kā optiskā šķiedra ir lokana, to var ievadīt endoskopā – aplūkot barības vadu un pēc audu spīdēšanas fluorescences parametriem noteikt, kur ir audzējs. Lāzeru starojumu var pievadīt caur optisko šķiedru tādējādi iespējams veikt arī audu lāzerķirurģiju. Jau 30 gadus Līvānos ražo optisko šķiedru un ir uzkrāta milzu pieredze. Kopīgi ar Līvānu kolēģiem izstrādājām netradicionālu projektu – sānstarojošu optisko šķiedru, kas ir īpatnējs gaismas avots, kuru varam ņurcīt kā vien gribam un tas joprojām spīdēs kā kvēldiegs. Neko līdzīgu tūkstoš kilometru rādiusā neražo. Vēl viena metode ir lāzeru fotodinamiskā terapija, kurā lāzera stars ierosina ķīmisku reakciju un rezultātā parādās vielas, kas iznīcina audzēju. Kādēļ tieši Latvijā nevis, piemēram, Amerikā tika radīta sānstarojošā optiskā šķiedra? Tas ir loģisks ikdienas procesa rezultāts – ja ir kāda problēma, tu to risini. Veiksmīgi ienāca prātā ideja un tad atlika vien to uzlikt uz papīra un tad īstenot. Mums ir visai daudz izgudrojumu, ar šķiedrām saistīti pat vairāki. Sadarbojoties ar šķiedru ražotājiem, attīstījām to medicīnisko pielietojumu un nokļuvām biomedicīnas lauciņā, precīzāk, biofotonikā. Fotonika ir jebkādas optiskās tehnoloģijas, kur gaisma izmantota, lai darītu kaut ko labu. Biofotonikā  gaisma iedarbojas uz bioloģisku objektu, mūsu gadījumā uz cilvēka ādu. Gaisma ir fotonu plūsma, katrs fotons nes enerģijas porciju. Šī enerģija audos nekur nepazūd, tikai pārveidojas citās formās. Varbūt veidojot medicīnas iekārtas esat palīdzējis cilvēkiem vairāk nekā tad, ja būtu kļuvis par ārstu. Jā, sadarbojoties ar ārstiem, palīdzam daudziem. Ja ārstam ikdienas darbā ir kāda klīniska problēma, kopīgi mēģinām ar tehniskiem līdzekļiem un optiskiem aparātiem atrast risinājumu. Pastāstīšu par sadarbību ar P.Stradiņa klīnisko universitātes slimnīcu. Gados vecākiem cilvēkiem nereti ir kāju stenoze, īpaši, ja viņi dūšīgi pīpējuši. Kāju lielās artērijas pamazām aizaug ciet, netiek pievadīts skābeklis un kāja jāgriež nost! Standarta pārbaudē uz abām kājām uzliek piepūšamas manžetes un salīdzina asins spiedienu abās kājās. Ja ir artērijas aizsprostojums, tad spiedieni atšķiras un var konstatēt stenozi. Bet procedūra ilgst apmēram pusstundu, mūsu uzdevums bija padarīt šo procesu ātrāku. Mūsu variants – izmantot gaismas detektēšanu caur ādu. Cilvēks ir simetriska būtne, no sirds artēriju garums līdz kāju galiem ir gandrīz vienāds. Ar katru sirdspukstu izplatās spiediena vilnis, kuru varam uztvert ar optiskām metodēm. Uzliekam uz abu kāju īkšķiem detektorus un reģistērējam asins pulsācijas. Ja vienā artērijā ir nosprostojums, pulsa vilnis slimajā kājā nedaudz aizkavējas, un to var konsatatēt dažās sekundēs. Tādējādi panākam ievērojamu laika ietaupījumu. Laboratorijā ir izstrādāta ierīce anestēzijas kontrolei. Sadarbojamies ar anestezeologu, kura specializācija ir roku operācijas. Operējot roku, ļoti precīzi jāievada anestēzijas adata pie plaukstas pamatnes, precīzi medicīniski to nespēšu raksturot, bet varbūtība trāpīt pareizajā vietā ir puse uz pusi. Tātad, katru otro reizi  narkoze neiedarbojas. Bet mūsu izstrādātā ierīce nosaka plaukstas asins pulsāciju amplitūdu. Kad iedarbojas narkoze, sirds sāk ražot vairāk asiņu, jo nervi kļuvuši nejutīgi. Monitorā redzam izmaiņas, un tad ķirurgs var zināt, ka drīkst griezt. Šāda ierīce blakus anestezeologam ļoti palīdz. Dermatoloģijā daudz kas atkarīgs no ārsta pieredzes, no viņa uztrenētās acs. Tādēļ jauniem ārstiem mūsu ierīces ādas diagnostikai var noderēt. Diagnostikas precizitāte nekad nav 100%, jāpieņem, ka viss ir ar zināmu varbūtību, bet medicīnā jau 90% ir ļoti labs rādītājs. Nevaram likt roku uz sirds un teikt, ka mūsu diagnozes ir absolūti precīzas, bet ar lielu varbūtību. Izgriežot dīvainos audu veidojumus, laboratorijā var noteikt, vai tas bijis audzējs, tomēr pastāv augsts procents gadījumu, kad melanomas vietā izgriež parastu dzimumzīmi. Un nedod dievs, ja sabojā seju! Tādēļ mēģinām atrast alternatīvas metodes. Nupat ieguvāt Valtera Capa balvu par izgudrojumiem, apsveicu! Paldies. Jā, bija svinīgā ceremonija Latvijas Zinātņu akadēmijā. Piedalījās daudzi prominenti cilvēki – Latvijas patentu valdes priekšsēdētājs, LU rektors, LZA viceprezidents. Pati balva ir sudrabā kalta medaļa ar Valtera Capa attēlu. Balva ir atzinība par darbību izgudrojumu laukā. Latvijā šī joma ir diezgan vāja, ar inovācijām pavisam švaki. Eiropā stabili esam pirmajā vietā no beigām. Ļoti nepieciešams, lai cilvēki veiktu savu intelektuālo produktu aizsardzību, radītu reālus produktus, kurus beigās varētu pārdot. Klasiskā zinātniskā darbā izgudrojumi nav vajadzīgi. Pētniecībā ir divi varianti – labu ideju publicēt pēc iespējas prestižākā žurnālā vai arī to noklusēt, uzrakstīt patenta pieteikumu un gaidīt, kamēr slēgtā ekspertīzē nolems idejai piešķirt patentu. Uzskatu, ka Latvijā pētnieciskais darbs ir augstā līmenī. Iegūstam labus rezultātus, toties bēdu stāsts sākas brīdī, kad jājautā, ko cilvēks dara ar intelektuālo produktu. Protams, idejas bīdīšana caur dažādām procedūrām, lai pieteiktu patentu, prasa laiku. Nākamajam solim jābūt idejas iemiesošana produktā, bet Latvijā inovāciju sistēma nestrādā. Mums ir ļoti labas idejas, kas tā arī nenonāk līdz reāla produkta izveidei. Jūs varat iedvesmot citus, izstāstot par sajūtām, kādas rodas, kad produkts ir gatavs un patents iegūts. Patents ir kā zemē iesists mietiņš, kas saka – šis lauciņš ir mans. Rezultāts, protams, ir patīkams. Kad izveidojām optiskās šķiedras, kas spīd visā garumā – sānstarojošās šķiedras – tās 2002. gadā izmantoja operas izrādē „Burvju flauta”. Interesanti, ka tām ir dažādi pielietojumi, arī kreizī mākslas projekti. Kādi izgudrojumi būs nākotnē? Radikālu izmaiņu nebūs, paliks optika un medicīna. Sāksies daži jauni projekti, būs vien jāstrādā. Vienīgi pēc projektu beigām parasti rodas saspringta situācija, jo nav pieejams zinātnes bāzes finansējums vismaz projektu starplaikos.   PĒTNIEKA PIETURZĪMES -          Fizikas un matemātikas fakultātes profesors -          LU Atomfizikas un spektroskopijas institūta direktors (2004–2012) -          Latvijas Zinātņu akadēmijas īstenais loceklis -          Intereses izgudrošanas jomā: optiskās konstrukcijas, metodes un ierīces -          Svarīgākie izgudrojumi: sānstarojoša optiskā šķiedra, optiski paņēmieni ādas un asinsvadu saslimstību diagnostikai -          17 ar patentiem apstiprinātu izgudrojumu autors -          Ieguvis Valtera Capa balvu par ievērojamiem izgudrojumiem šķiedru optikā un biofotonikā   Par publikāciju ciklu „Mēneša pētnieks”   Ar zinātni prātos un sirdī Latvijas Universitātē darbojas, teoretizē un pārbauda hipotēzes daudz un dažādu nozaru pētnieki. Gan tādi, kam jau ir ievērojams zinātnisko publikāciju skaits savos dzīvesgājumu aprakstos, gan tādi, kas pētniecības pievilcību vēl tikai atklāj. Lai godinātu zinātnes vārdu, lai ieskatītos, kas notiek Latvijas Universitātes fakultātēs un institūtos un lai izstāstītu pētnieku stāstus savējiem un citiem, ar 2012. gada janvārī tiek uzsākts publikāciju cikls „Mēneša pētnieks”. Turpmāk katru mēnesi Latvijas Universitātes portālā publicēsim aktuālos pētnieku stāstus, savukārt gada noslēgumā ļausim publiski portāla lasītājiem balsot par savu favorītu, tādējādi suminot to pētnieku, kura darbība ir uzrunājusi visvairāk lasītājus.   Mēneša pētnieks. Zinātnes vārdā!