Optika en fotonika in Suider-Afrika brei uit 

Met die drukkersink nog nat op sy PhD-sertifikaat van die Universiteit Stellenbosch (US), is Dr Amos Kiyumbi op ’n missie om al die navorsingsondervinding  wat hy sedert 2015 met  sy studies in Duitsland en Suid-Afrika opgedoen het, te belê in die vestiging van ’n fotonika-inisiatief in Tanzanië.

Kiyumbi wat onlangs as voltydse dosent aangestel is aan die Dar Es Salaam Universiteitskollege vir Onderwys (DUCE), ’n kollege van die Universiteit van Dar es Salaam (UDSM), is medestigter van die Tanzanië Fotonika-, Kwantum- en Lasertegnologie-inisiatiefkonsortium: “Die konsortium sal akademici, studente, bedryfsvennote en beleidmakers verenig om navorsingsinnovasie, onderwys en regtewêreldtoepassings in lasertegnologie en nanowetenskap te bevorder,” verduidelik hy. 

Hulle doelwitte sluit navorsing, die bevordering van energie- en kommunikasie-oplossings, asook die ontwikkeling van bekostigbare optiese toerusting vir gesondheidsorg, soos die malariabiosensor in, wat hy vir sy doktorale studies onder die studieleiding van Prof. Mark Tame by die US se departement Fisika ontwikkel het.  

“Ons wil plaaslike kundigheid bou sodat Tanzanië kan innoveer eerder as om bloot tegnologie in te voer. Uiteindelik wil ek fasiliteite in Tanzanië hê soortgelyk aan dié wat ek tydens my MSc- en PhD-studies gebruik het – moderne laboratoriums toegerus vir nanovervaardiging, optiese waarneming en beelvorming, gekombineer met gespesialiseerde graadprogramme, navorsingstoelaes en uitreikgeleenthede om ʼn geskoolde nanotegnologiewerkerskorps op te lei,” voeg hy by.

Akademiese reis vanaf Tanzanië na Duitsland en Suid-Afrika 

Kiyumbi het in 2013 ʼn BSc-opvoedkundegraad met Fisika en Wiskunde as hoofvakke aan die Universiteit van Dar Es Salaam verwerf. Gedurende hierdie tydperk het hy twee pryse as topstudent in die Fakulteit Natuurwetenskappe ontvang. 

As nagraadse student het hy ʼn sterk belangstelling in kwantumfisika, fotonika en hul toepassings ontwikkel, en ook met besoekende professore van Duitsland oor onderwerpe in nanowetenskap en nanofotonika gesels. 

Deur hulle het hy studiegeleenthede in Duitsland bekom en in Oktober 2015 is hy tot die Universiteit van Ulm toegelaat om ’n MSc in Fisika te doen, met hoofvakke in saamgeperste materie en nanowetenskap, onder die studieleiding van Prof. Othmar Marti aan die Instituut vir Eksperimentele Fisika.

“My tesis het gefokus op op plasmoniese nanostrukture en hul optiese eienskappe, met die doel om meta-oppervlaktes te ontwikkel  vir strukturele kleurgenerering  en toepassings in kompakte kleurfiltrering, frekwensie-selektiewe reflektiewe oppervlaktes, en optiese teennamaak-eienskappe.” 

Hy beskryf hierdie ondervinding as “verstommend”: “Ek is blootgestel aan laboratoriums met die nuutste tegnologie en toerusting. Ek het internasionale konferensies in Spanje, Duitsland en Italië bygewoon waar ek blootgestel is aan deurbrake in die manipulering van lig op nanoskaal.”  

“Ek het ontdek hoe materiale heeltemal nuwe eienskappe vertoon op nanoskaal, wat ons in staat gestel het om hul optiese gedrag met presisie te manipuleer. Wat die grootste indruk op my gemaak het, was hoe oënskynlik verskillende velde van my voorgraadse studie – fisika, wiskunde, chemie – bymekaargekom het en dieselfde fundamentele taal op nanoskaal gepraat het. Hierdie interdissiplinêre krag en die potensiaal om nuwe, funksionele toestelle te skep, maak dit ’n uiters opwindende studieveld.”

Nadat Kiyumbi sy MSc voltooi het, het hy diep nagedink oor die werklike impak van nanowetenskap. Laasgenoemde was in reaksie op ’n vraag van sy broer oor die praktiese voordeel wat nanotegnologie vir die daaglikse lewens van Tanzaniërs inhou. 

“Sy vraag het my fokus verskuif na die oplossing van een van Afrika se mees dringende uitdagings. Malaria is steeds een van die dodelikste siektes wat daagliks die lewens van veral vroue en kinders onder die ouderdom van 5 jaar eis. Statisties, sterf ’n kind elke minuut aan malaria in Afrika. Vroeë, akkurate diagnose is van kritieke belang alvorens intervensie kan plaasvind,” verduidelik hy. 

Toepassings van nanowetenskap in die praktyk 

Terug in Tanzanië het hy met ’n projek begin om ’n ultrasensitiewe, laekoste plasmoniese biosensor te ontwikkel wat gebruik maak van fotoniese kristalle en nanostrukture: “Plasmoniese oppervlaktes prikkel oppervlakplasmongolwe wanneer fotone daarmee in wisselwerking tree: hierdie golwe is hoogs sensitief vir klein veranderinge in die plaaslike refraktiewe indeks. Deur die metaaloppervlak te funksionaliseer om malaria-biomerkers op te spoor, (soos die teenwoordigheid van parasiete teen lae vlakke), is vinnige opsporing moontlik,” verduidelik hy.

Om sy navorsing te bevorder, het Kiyumbi toegang tot nanovervaardigingfasiliteite, gevorderde optiese karakteriseringstoerusting, en befondsing vir reagense benodig. Na voltooiing van sy MSc,  het hy aanbiedinge van die Universiteit van Glasgow en die Universiteit van Birmingham ontvang om sy PhD daar te doen. Hy het egter besef dat sy werk oor malariadignose – ’n uitdaging diep gewortel in Afrika – meer sinvol sou wees indien dit aan ’n Afrika-instelling gedoen word. “In Afrika kon ek die uitdaging in sy ware konteks aanpak en direk bydra tot oplossings wat vir die kontinent sn sy mense saakmaak.”

Hy het toe sy keuses verskraal tot die Universiteit Stellenbosch en die Universiteit van KwaZulu-Natal. In 2020 het hy ’n beginselbesluit geneem om sy doktorale studie aan die Universiteit van KwaZulu-Natal in Suid-Afrika voort te sit. In 2022 het hy sy studieleier, Prof. Mark Tame, na die Universiteit Stellenbosch gevolg waar hy sy PhD voltooi het.  

Die volgende stap op sy reis is kliniese validasieproewe en samewerking met openbare gesondheidskundiges om veld-ontplooibare, bekostigbare prototipes vir laehulpbron-omgewings te verseker.

Volgens prof Tame sal Amos se navorsing help om die volgende generasie optiese biosensors te bou wat die opsporing van baie lae hoeveelhede van die malariaparasiet in bloed moontlik sal maak: “Dit is belangrik omdat daar in baie endemiese streke ’n groot reservoir van laedigtheid infeksies in die bevolking is wat die siekte help versprei. Sulke biosensors sal dus toekomstige inentingspogings ondersteun en help om die siekte mettertyd uit te roei.”

Die vestiging van ’n fotonika-inisiatief begin tuis 

Na al sy reise bly Kiyumbi steeds diep betrokke by sy tuiste, die Mwanza-streek: “Tydens my grootwordjare in die dorpie Kisesa, het ek gesien hoe beperkte hulpbronne en ’n gebrek aan mentorskap, skrander jongmense, veral uit minderbevoorregte gesinne, verhinder om verder in wetenskap en ingenieurswese te studeer. Ek het ’n gemeenskapsorganisasie gestig om hierdie situasie te verander deur wetenskapstalent op grondvlak te koester.”  

Hul aktiwiteite sluit mentorskapprogramme, werkswinkels en wetenskapsklubs, klein beurse of leermateriaal in, asook veldtogte om seuns en meisies van landelike gemeenskappe aan te moedig om fiska, wiskunde, nanotegnologie en verwante velde te verken. 

Intussen werk hy ook hard saam met medenavorsers dr. Jacqueline Damas van UDSM se Kollege vir Inligting- en Kommunikasietegnologie, en dr. Jordan Hossea van die Dar es Salaam Instituut vir Tegnologie, sowel as ander rolspelers, om voor te berei vir die amptelike bekendstelling van die Tanzanië Fotonika-, Kwantum- en Lasertegnologie Inisiatiefkonsortium. Op die program is hooflesings van internasionale kundiges, praktiese werkswinkels vir jong wetenskaplikes, en die stiging van werkgroepe vir gesamentlike projekte en befondsingspogings.

Van die Universiteit Stellenbosch se kant af sê prof. Tame dat hulle sal voortgaan om saam te werk aan malaria-bio-opsporing en die ontwikkeling van optiese biosensors vir ander tipes siektes: “Ons het ’n gesamentlike WNNR-toekenning van die Afrika-lasersentrum wat ons sal help met navorsingsbesoeke, studente-uitruiling en noodsaaklike toerusting. Interessante tye wag die volgende paar jaar op Amos en sy nuwe fotonika-inisiatief in Tanzanië en ek sal hom ondersteun om dit te help uitbou,” sluit hy af.