Jan Czochralski urodził się 23 października 1885 w Kcyni. Był ósmym z dziesięciorga dzieci wielkopolskich rzemieślników Franciszka Czochralskiego i Marty z Suchomskich. W Kcyni ukończył Seminarium Nauczycielskie, ale nie odebrał świadectwa, ponieważ nie zgadzał się z wystawionymi mu ocenami.

Celki Limbro

     Nie mogąc studiować w Polsce, wyjechał w 1904 roku do Berlina. Początkowo pracował w aptece, gdzie prowadził analizy rud, olejów, smarów i metali. Potem krótko pracował w firmie Kunheim & Co., a następnie trafił do koncernu AEG. Mając już duże doświadczenie w pracach laboratoryjnych objął funkcję kierownika laboratorium badania stali i żelaza. Dzięki ogromnej pracowitości i uporowi zdobył tytuł zawodowy inżyniera chemika. W roku 1918 opublikował swoją pierwszą pracę poświęconą krystalografii metali. Największy rozgłos przyniosła Janowi Czochralskiemu metoda nazwana później jego imieniem, a opracowana w 1916 roku jako metoda pomiaru szybkości krystalizacji metali. Być może, że jego przygoda z nauką zaczęła się przypadkowo... Któregoś wieczoru odstawił tygiel ze stopioną cyną i powrócił do pisania notatek z prowadzonych badań nad krystalizacją. W pewnej chwili zamyślony zanurzył pióro w tyglu zamiast w kałamarzu. Szybko wyciągnął je - zauważył, że z końca stalówki zwisała cienka nić zestalonego metalu. Później Czochralski sprawdził, że otrzymany drucik jest monokryształem. W 1917 roku dzięki wsparciu koncernu Metallbank und Metallurgische Gesellschaft A.G. założył we Frankfurcie nad Menem wielkie laboratorium metaloznawcze, łączące badania naukowe z warsztatowymi. Tu powstało wiele cennych prac naukowych i patentów. W 1919 roku wraz z paroma kolegami założył Niemieckie Towarzystwo Metaloznawcze.

(a) Rysunek z pracy Jana Czochralskiego na temat zjawiska krystalizacji przez wyciąganie ze stopu (z. Phys. Chem. 92,219-221 (1918) (b) Współczesne urządzenie do produkcji monokryształów metodą Czochralskiego: XGX-10000 Crystal-Grower firmy GigaMat Technologies

     Po I wojnie światowej powrócił do Polski na zaproszenie Prezydenta, wybitnego chemika prof. Ignacego Mościckiego. W 1928 roku objął posadę profesora na Wydziale Chemii Politechniki Warszawskiej. Otrzymał też jeden z pierwszych tytułów doktora honorowego Politechniki. Oprócz działalności naukowej prowadził prace na zlecenie Ministerstwa Spraw Wojskowych w Instytucie Badań Materiałów Uzbrojenia. Jan Czochralski pomagał finansowo studentom, artystom i literatom, Żywo interesował się tym, co dotyczy okolic rodzinnych. Wspomagał zarówno badania archeologiczne, jak i poszukiwania geologiczne złóż ropy naftowej, "zob. A.Gadomski, Europhysics News 35/1 (2004) 20-21 Chemik 1 (2004) 26-30".  
     Druga wojna światowa przerwała działalność naukową Profesora i stała się dla niego szczególnym doświadczeniem. Jako Polak żonaty z obywatelką Niemiec holenderskiego pochodzenia podlegał szczególnym naciskom ze strony Niemców. Współpracy z Niemcami jednak nie podjął. Współpraca z AK, wydobywanie osób uwięzionych przez Niemców, pomoc dla getta żydowskiego w Warszawie, ratowanie zbiorów niszczonych muzeów, pomoc literatom i artystom polskim, ratowanie majątku Politechniki po Powstaniu Warszawskim - wszystko to stanowiło naturalny rys działalności okupacyjnej Czochralskiego. Uważał, że swą wyjątkową znajomość psychiki i języka Niemców musi zużytkować dla sprawy polskiej, mimo że w ten sposób narażał się na podejrzenia o współpracę z okupantem. W 1945 roku aresztowano Profesora pod zarzutem współpracy z niemieckimi władzami okupacyjnymi. W przeprowadzonym przez Specjalny Sąd Karny w Łodzi dochodzeniu ustalono, że brak jest podstaw do ścigania Czochralskiego i członków jego rodziny. Jednak w grudniu 1945 roku Senat Politechniki Warszawskiej wykluczył prof. Jana Czochralskiego z naukowego życia kraju. Była to cena, jaką płacił Czochralski za lata spędzone w obcym środowisku niemieckim, "zob. P.Tomaszewski, „Jan Czochralski i jego metoda”, Atut Wrocław-Kcynia 2003".
    
Jan Czochralski wrócił do Kcyni. Wraz z rodziną założył Zakłady Chemiczne BION, produkujące różnego rodzaju wyroby kosmetyczne i drogeryjne. Profesor zmarł w Poznaniu 22 kwietnia 1953 roku i został pochowany na starym cmentarzu w rodzinnej Kcyni.  
     Po burzliwej dyskusji Senat Politechniki Warszawskiej wydał 23 czerwca 1993 roku uchwałę stwierdzającą, że „ (...) dorobek naukowy i organizacyjny profesora i doktora honoris causa Politechniki Warszawskiej Jana Czochralskiego oraz jego nowoczesne widzenie związków nauki i techniki z praktyką gospodarczą, przynoszą zaszczyt naszej Uczelni i stanowią integralną część jej dziedzictwa”. Szczególnym osiągnięciem było w 1999 roku nadanie Szkole Podstawowej w rodzinnej Kcyni imienia prof. Jana Czochralskiego.
     Profesor Jan Czochralski był niewątpliwie postacią barwną, a zarazem tragiczną. Z różnych relacji wyłania się obraz pełen sprzeczności. Córka pisała o nim „Ojczyzna ponad wszystko. O Niej Myślał, dla Niej pracował, dla Niej zdobył sławę i dla Niej tyle cierpiał”. Wybitny uczony rodem z Kcyni, obserwator, ale i praktyk z zakresu nauk ścisłych i technicznych. A przy tym humanista o szerokich zainteresowaniach. Był niewątpliwie człowiekiem interdyscyplinarnym.
     Metoda Czochralskiego opracowana w 1916 r. (opublikowana w 1918 r.) dała ówczesnemu światu potężne narzędzie, które pozwoliło na szybki rozwój elektroniki. Dzięki niej stała się możliwa, na masową skalę, produkcja dużych monokryształów, z których po obróbce mechanicznej i chemicznej budowano podzespoły elektroniczne. Początkowo elektronika oparta była na podzespołach zbudowanych na bazie germanu. Dopiero później zaczęto używać krzemu, który ma lepsze właściwości elektryczne niż german. Krzem jest podstawowym materiałem elektronicznym do dnia dzisiejszego. Krzem jest najbardziej rozpowszechnionym elektrododatnim pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Pod względem rozpowszechnienia ustępuje jedynie tlenowi. Składa się na 27.72% skorupy ziemskiej, podczas gdy tlen stanowi 46.6 %. Topi się w temperaturze 1420oC, a wrze w 3280oC.
     Produkcja kryształów krzemowych metodą Czochralskiego (która jest metodą wysokotemperaturową) jest dosyć prosta. Wystarczy w odpowiednim naczyniu podgrzać powyżej temperatury topnienia rozdrobniony krzem, a następnie powoli zanurzyć w płynnym krzemie ramię z zarodkiem na końcu (zarodek jest to odrobina monokrystalicznego materiału o zadanej orientacji, czyli sposobie ułożenia atomów i cząstek w przestrzeni), a potem powoli je wyciągnąć jednocześnie obracając, aby zapewnić równomierne osadzanie się krzepnącego krzemu na wyciąganym zarodku.  
     Obecnie krystalizuje się materiały nie tylko na potrzeby elektroniki. Posiadając dowolny materiał, nawet wielkocząsteczkowy, w formie kryształu współczesna nauka jest w stanie z dokładnością do jednego atomu określić jego skład chemiczny i budowę przestrzenną. W przypadku biomateriałów wiedza taka pozwala zrozumieć ich funkcję w organizmie, a co za tym idzie wyprodukować np. nowoczesne leki, które będą pomagały w prawidłowym ich funkcjonowaniu. Obecnie poprzez krystalizację poznano ponad 25.760 struktur typu białka, aminokwasy, wirusy, kompleksy białkowo-aminokwasowe.  
     Krystalizacja biomateriałów nie jest tak prosta, jak to jest w przypadku krzemu. Wymaga ona posiadania wiedzy z różnych dziedzin nauki: biologii, chemii, fizyki. Jest to niewątpliwie interdyscyplinarne zagadnienie.
     Białka są to związki organiczne, w których podstawowymi jednostkami - monomerami - są naturalnie występujące aminokwasy (20 rodzajów). Cząsteczki białka są zbudowane z jednego lub kilku łańcuchów polipeptydowych, na które składa się 50-1000 jednostek aminokwasowych. Są zasadniczym składnikiem budulcowym włosów, ścięgien, mięśni i tkanki chrzęstnej. Białka są bardzo wrażliwe na czynniki zewnętrzne. Pod ich wpływem ulegają denaturacji (zniszczenie struktury przestrzennej białka, pod wpływem działania czynników chemicznych lub fizycznych, takich, jak wysoka temperatura, prowadzące do utraty jego właściwości biologicznych). Białka nie posiadają charakterystycznej dla siebie temperatury topnienia. Na ogół rozpuszczają się w wodzie.
     Hodowla kryształu białkowego odbywa się najczęściej w celkach Limbro. Jest to szereg szklanych kubeczków zawierających wodny roztwór białka z różnego rodzaju dodatkami stabilizującymi pH, które przykryte są pokrywkami, do których od spodu doczepiona jest kropla roztworu (stąd nazwa metody: metoda wiszącej kropli) o znacznie mniejszym stężeniu niż ten, który znajduje się w naczyniu. Ponieważ wszystko w przyrodzie dąży do równowagi, również taki układ, kropla-roztwór, też dąży do równowagi poprzez odparowanie rozpuszczalnika z roztworu o mniejszym stężeniu, co prowadzi do wyrównania stężeń w kropli i w naczyniu. Cały proces jest bardzo wrażliwy na zmianę parametrów krystalizacji. Niewielkie zmiany w temperaturze, pH czy w stężeniu dodatków (precypitantów) mogą spowodować, że nie uda nam się wyhodować kryształu o dostatecznie wysokiej jakości lub to, co wejdzie w skład kryształu jako jednostka budulcowa w niczym nie będzie przypominało pojedynczego białka, a co za tym idzie dalsze analizy doprowadzą do błędnych wniosków.
     Widać zatem, że od czasów Jana Czochralskiego i odkrycia przez niego metody wyciągania kryształu do dnia dzisiejszego dokonał się ogromny postęp technologiczny. Dzisiaj już nie wystarczy wiedza ogólna z jednej dziedziny nauki. Coraz więcej  najnowszych odkryć wymaga posiadania wiedzy z kilku lub nawet kilkunastu dziedzin (stąd wynika potrzeba tworzenia kompetentnych zespołów interdyscyplinarnych!). Współczesna nauka, czy to będzie fizyka, chemia czy biologia staje się więc coraz bardziej interdyscyplinarna. Połączenie nauk przyrodniczych i technicznych  z informatyką daje nadzieje na szybki postęp dziedzin, które do dej pory oparte były tylko na doświadczeniu, które było czasochłonne i drogie. Współczesne symulacje komputerowe pozwalają na „wirtualną hodowlę” kryształów, na wirtualne badanie związków chemicznych, jak i na badanie ich zachowania w środowisku naturalnym (np. symulacje zwijania i oddziaływania białek w organizmie żywym "zob. J. Siódmiak, A. Gadomski, Europhysics Conference Abstracts 2004", red. M. Cieplak, A. Sienkiewicz, str. 57). Streszczenie wykładu wprowadzającego do Panelu II/1 IIFWI, 29.04.04

Adam Gadomski
Jacek Siódmiak
(ATR Bydgoszcz)
Pałuki nr 648 (29/2004)

Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta danych zastrzeżone. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych możliwe wyłącznie na własny użytek. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów możliwe wyłącznie za zgodą redakcji, którą można uzyskać tutaj. Ogłoszenia i reklamy są materiałem zleconym, za ich treść odpowiedzialność ponosi ich nadawca, a nie redakcja lub wydawca gazety.
Copyright 2006-2018 Pałuki Tygodnik Lokalny - Wydawnictwo Dominika Księskiego WULKAN, tel. 52 302-09-28
do góry