regionální centrum pokročilých technologií a materiálů

Transkript

REGIONÁLNÍ CENTRUM POKROČILÝCH
TECHNOLOGIÍ A MATERIÁLŮ
2010-2013
výzkum · inovace · vzdělávání
REGIONÁLNÍ CENTRUM POKROČILÝCH
TECHNOLOGIÍ A MATERIÁLŮ
Šlechtitelů 11, 783 71 Olomouc
+420 585 634 973
http://www.rcptm.com
[email protected]
Vedení centra
Prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D. - Generální ředitel
Doc. RNDr. Ondřej Haderka, Ph.D. - Vědecký ředitel
Prof. Ing. Pavel Hobza, Dr.Sc., FRSC, dr.h.c. - Koordinátor zahraniční spolupráce
Mgr. Dalibor Jančík, Ph.D. - Projektový manažer
Mgr. Pavel Tuček, Ph.D. - Koordinátor grantové strategie a propagace
Správní rada
Prof. RNDr. Miroslav Mašláň, CSc., Univerzita Palackého v Olomouci
Ing. Antonín Mlčoch, CSc., Univerzita Palackého v Olomouci
Ing. Radim Ledl, LAC, s.r.o.
Doc. Jan Řídký, Dr.Sc., Fyzikální ústav AV ČR v. v. i.
Ing. Jiřina Shrbená, Inova Pro, s.r.o.
Prof. RNDr. Juraj Ševčík, Ph.D., Univerzita Palackého v Olomouci
Prof. RNDr. Jitka Ulrichová, CSc., Univerzita Palackého v Olomouci
Administrativní podpora
Mgr. Petra Jungová - Vedoucí oddělení výběrových řízení
Mgr. Gabriela Rozehnalová - Vedoucí právního oddělení
Ing. Jana Zimová - Koordinátor stavby
Ing. Hana Krejčiříková - Ekonomka RCPTM
Mgr. Veronika Poláková - Asistentka personálních záležitostí
Alena Hynková, Ing. Monika Macharáčková, Mgr. Lucie Mohelníková,
Mgr. Miroslava Plaštiaková, Mgr. Jan Klapal
vydalo: Regionální centrum pokročilých technologií a materiálů, 2013
grafické zpracování: Ing. arch. Linda Pišová, Mgr. Ondřej Růžička; foto: Viktor Čáp
1
2
3
4
5
6
RCPTM
2 Úvodní slovo ředitele
RCPTM VE ZKRATCE
6 Výzkumné skupiny RCPTM
8 Přístroje a výzkumná infrastruktura
RCPTM - STŘÍPKY Z VÝZKUMU
12 Království grafenu – materiály s omezenými dimenzemi a neomezenými
možnostmi
14 16 18 20 22 24 Fotony - poslové při studiu vesmíru a podstaty hmoty
Ekologicky šetrné nanotechnologie pro čistou vodu
Nanomedicína – nové možnosti v diagnostice i terapii
Koordinační sloučeniny v biomedicínském a materiálovém výzkumu
Svět biomolekul a jejich interakcí očima superpočítače a nanosenzorů
Miniaturizace - nová výzva v analytické chemii
RCPTM A TRANSFER TECHNOLOGIÍ
27 Pohled do nebe i pekla
28 Pohled do nitra materiálů
29 Pohled pod kůži
30 Léčba podzemních vod
30 Rychlá kontrola kvality
RCPTM – MEZINÁRODNÍ CENTRUM VĚDY A VZDĚLÁVÁNÍ
31 Významní zahraniční vědci v RCPTM
34 Nastupující generace RCPTM
RCPTM V ČÍSLECH
36 Grantová úspěšnost
37 Vybrané publikace a patenty
40 Ocenění
41 Slovo na závěr
1 RCPTM
Úvodní slovo ředitele
„RCPTM má všechny předpoklady být silným
mezinárodním vědeckým centrem, neboť je
vybudováno na třech pilířích, které jsou, dle mého,
základem udržitelnosti jakékoliv vědecké instituce.
První z nich spočívá v kvalitním aplikovaném výzkumu,
který ovšem vychází z excelentního výzkumu základního.
Druhý se opírá o multizdrojové financování založené na
vyvážených příjmech z publikačního výkonu, grantového
výkonu, transferu technologií a pedagogického výkonu.
Poslední pilíř je internacionalizace na všech stupních
s důrazem na vysokou vědeckou kvalitu zahraničních
nebo reintegrujících se vědců.”
Skutečně jsou to už tři roky od vzniku Centra, které se dnes
honosí dlouhým názvem Regionální centrum pokročilých
technologií a materiálů. Nevím, nakolik se vžil jeho název, ale
jeho zkratka (RCPTM) se postupně stává značkou vědecké
kvality v národním, evropském i světovém kontextu.
RCPTM v době svého vzniku v roce 2010 určitě nebylo
novorozencem, který by se o sebe nedokázal postarat. Již
v té době se opíralo o personální a přístrojové kapacity
vybudované v rámci několika velkých národních projektů,
zejména Výzkumných záměrů a Výzkumných center.
V RCPTM se navíc sešla na chemických a fyzikálních
katedrách zapojených do Centra mimořádně silná generace
mladých vědců se schopností generovat špičkové výsledky
jak v oblasti základního, tak aplikovaného výzkumu.
Nicméně podpora z Evropských strukturálních fondů
v rámci OP VaVpI bezesporu způsobila, že z dospívajícího
dítěte je dnes zdravý a vyzrálý jedinec, v nejlepších
letech (průměrný věk zaměstnanců je 33 let) a s velkou
mezinárodní zkušeností.
Právě obrovský mezinárodní přesah, velmi kvalitní,
věkově vyvážená a silně internacionalizovaná personální
základna a v neposlední řadě unikátní přístrojové vybavení
jsou hlavní pilíře, o které se RCPTM systematicky opírá.
V oblasti mezinárodní spolupráce Centrum dlouhodobě
spolupracuje s více než třemi desítkami významných
světových pracovišť. V některých oblastech výzkumu
tak vznikly velmi pevné vazby a mezinárodní sítě, které
spoluurčují vědecký vývoj v dané oblasti. Z řady příkladů
lze uvést výzkum uhlíkových kvantových teček ve spolupráci
s partnery na Cornell University a University of Ioannina,
environmentální výzkum nových ekologicky šetrných
technologií ve spolupráci s kolegy na Florida Institute of
Technology, výzkum biomedicínských, katalytických a
magnetických aplikací nanočástic ve spolupráci s kolegy
z EPFL Lausanne a univerzit v Padově a Tokiu. Studium
2
grafenu, jeho interakcí a aplikací probíhá společně
s partnery na univerzitách v Pohangu a Aarhus. Podobných
příkladů by se daly najít skutečně desítky. Centrum je navíc
zapojeno do mezinárodních projektů včetně projektů
sedmého rámcového programu EU, prestižních projektů
Pierre Auger Observatory, CERN-ATLAS a řady dalších.
Co je ovšem dle mého zásadní, je zapojení mladých
pracovníků, na úrovni studentů doktorských studijních
programů a post-doc pracovníků, do řešení těchto
výzkumných projektů se zahraničními partnery. Jen v roce
2012 naši vědci absolvovali více než 60 stáží v téměř dvaceti
zemích.
Za neméně důležitý považuji zájem zahraničních vědců
o pracovní pozice a stáže v RCPTM. Myslím, že právě
v tomto ohledu lze zaznamenat největší posun oproti
letům minulým. Téměř každodenně registruji žádosti o
post-doc a PhD pozice v jednotlivých pracovních skupinách
Centra. Také díky tomu je dnes Centrum již výrazně
internacionalizované s téměř třemi desítkami vědců ze
zahraničí. Jsou to především mladí vědci například z Itálie,
USA, Německa, Polska nebo Řecka. V řadách zaměstnanců
Centra jsou ovšem také významné kapacity světové vědy
z USA, Izraele nebo Hongkongu, profesoři ověnčení řadou
prestižních ocenění a působící v edičních radách předních
světových časopisů, kteří odvádí neocenitelnou práci při
vědecké výchově mladší generace.
Pokud bych si měl sám odpovědět na otázku, co přivádí
mladé i zkušené pracovníky ze světa právě do RCPTM,
vím určitě, že to nejsou platové podmínky. Dnes již
sice můžeme nabídnout platy na úrovni srovnatelné
s laboratořemi v západní Evropě nebo USA, ale mladé lidi,
zejména v badatelské sféře, mnohem více zajímá možnost
dalšího vědeckého růstu a práce na zajímavých tématech a
unikátních zařízeních. Myslím tedy, že je to právě vědecká
kvalita, zajímavá témata s velkým aplikačním potenciálem
a, dokonce i ve světovém měřítku mimořádné, technické a
přístrojové zázemí Centra.
O kvalitě základního výzkumu realizovaného v Centru
svědčí více než 500 impaktovaných publikací, které Centrum
za tři roky své existence publikovalo v nejprestižnějších
světových časopisech jako jsou Science, Chemical Reviews,
Nature Communications, Accounts of Chemical Research,
ACS Nano, Physical Review Letters nebo Journal of the
American Chemical Society. Není bez zajímavosti, že přes
30 procent z těchto prací bylo publikováno v časopisech
s vyšším impaktním faktorem než 5, což je obecně
akceptovaná značka vědecké excelence. Výjimečné
postavení Centra na národní úrovni v oblasti základního
výzkumu demonstruje také zapojení do dvou projektů
Center excelence GAČR zaměřených na studium biomolekul
a interakce potravinových doplňků s léčivy a nutrigenetiky.
Kromě základního výzkumu se RCPTM ovšem zaměřuje také
na špičkový aplikovaný výzkum. Produkty aplikovaného
výzkumu a patentované technologie vyvinuté v RCPTM
totiž úspěšně fungují na mnoha destinacích po celém
světě. Technologie výroby nanoželeza, na které se podíleli
zaměstnanci RCPTM, je dnes běžně aplikována sanačními
firmami k čištění podzemních vod na desítkách lokalit v ČR,
Evropě i Asii. Detektory vysokoenergetického kosmického
záření vyvíjené v Centru ve spolupráci s FZÚ AVČR jsou
klíčovou součástí prestižní světové observatoře pro
studium elementárních částic Pierre Auger Observatory
v Argentině, Mössbauerovy spektrometry pro charakterizaci
železo obsahujících materiálů pracují například v JAR,
Anglii, Švédsku, Německu nebo USA, speciální kamery
na pozorování noční oblohy byly instalovány v Namibii,
Mexiku, USA či na Kanárských ostrovech. Boroskopy
určené ke snímání teploty plamene jsou distribuovány
do řady zemí v Evropě, Jižní Americe či Asii. Některé
další environmentální a medicínské technologie jsou ve
fázi pilotních, poloprovozních či klinických testů. Výzkum
na zakázku si objednávají v RCPTM také přední světové
firmy, za všechny lze zmínit firmu Procter & Gamble (USA),
dlouhodobě podporující výzkum prostupnosti látek kůží
pomocí výpočetní chemie, nebo firmu Waters (Německo),
využívající zejména komplexní analytický potenciál Centra.
O kvalitě aplikovaného výzkumu RCPTM svědčí také jeho
koordinační role při řízení osmiletého projektu Center
kompetence Technologické agentury ČR zaměřeného na
ekologicky šetrné nanotechnologie a biotechnologie při
čištění vod a půd, do něhož jsou zapojeny také největší
tuzemské firmy pohybující se na trhu sanace a čištění vod.
zahrnující měření fyzikálních vlastností ve velkých
magnetických polích (PPMS), magnetizační měření (SQUID),
NMR spektroskopii či Mössbauerovu spektroskopii v polích
do 10 T je jednou z nejlépe vybavených magnetických
laboratoří v Evropě.
Z předchozího textu by se mohlo zdát, že RCPTM má před
sebou jen světlé zítřky. Z pozice ředitele ovšem vidím
mnohé problémy, které souvisí se zdroji financování a
národní politikou podpory vědy a výzkumu. Samotné
RCPTM vyrostlo na křídlech operačního programu
hlásajícího masivní podporu aplikovaného až průmyslového
výzkumu s požadovanou vysokou mírou financování
center z neveřejných zdrojů. Po čase se ovšem ukazuje, že
taková míra dofinancování je u řady center nejen obtížně
naplnitelná, ale může představovat i nedovolenou podporu
z hlediska nadměrného využívání unikátních zařízení
soukromou sférou. V národním programu udržitelnosti,
který má zabezpečit zdroje financování VaVpI center na
léta budoucí, je tak jasně, alespoň z finančního hlediska,
preferován výzkum základní. Tento přístup „ode zdi ke
zdi“ je bohužel typický pro způsob financování české vědy.
Zabezpečit udržitelnost velkých vědeckých center je pak
samozřejmě nesmírně náročné.
RCPTM má ovšem předpoklady být silným mezinárodním
vědeckým centrem, neboť je vybudováno na třech pilířích,
které jsou, dle mého, základem udržitelnosti jakékoliv
vědecké instituce. První z nich spočívá v kvalitním
aplikovaném výzkumu, který ovšem vychází z excelentního
výzkumu základního. Druhý se opírá o multizdrojové
financování založené na vyvážených příjmech z publikačního
výkonu, grantového výkonu, transferu technologií a
pedagogického výkonu. Poslední pilíř je internacionalizace
na všech stupních s důrazem na vysokou vědeckou kvalitu
zahraničních nebo reintegrujících se vědců.
Bez ohledu na pravidla hry, která nemohu ovlivnit, věřím,
že při udržení této filosofie bude RCPTM pokračovat ve
zvyšování a zkvalitňování vědeckého výkonu, transferu
nových technologií a výchově nové generace vědců, kteří
v budoucnu přispějí k dobrému jménu a mezinárodní
prestiži nejen RCPTM, ale i města Olomouce, Olomouckého
kraje a České republiky.
V Olomouci 30. září 2013
Prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D.
Právě analytické zázemí RCPTM je v mnoha ohledech
výjimečné, také díky podpoře z Evropského fondu
regionálního rozvoje. Například laboratoř mikroskopických
technik
disponující
vysokorozlišovací
transmisní
elektronovou mikroskopií s možností práce za nízkých
teplot, v kombinaci se skenovací elektronovou mikroskopií,
rastrovací tunelovou mikroskopií, mikroskopií atomárních
sil, mikroskopií magnetických sil, fluorescenční či konfokální
mikroskopií,
reprezentuje
špičkové
mikroskopické
pracoviště v celoevropském kontextu. Podobně laboratoř
3
2 RCPTM VE ZKRATCE
Regionální Centrum Pokročilých Technologií a Materiálů (RCPTM) je vědecko-výzkumným pracovištěm
Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci, jehož hlavním cílem je špičkový výzkum a transfer
high-tech technologií do medicínské, průmyslové a environmentální praxe s velkým důrazem na zapojení
Centra do mezinárodních sítí a konsorcií.
Centrum jako takové je založeno na mezinárodně
etablovaném vědeckém týmu, který v minulosti řešil několik
projektů na úrovni Výzkumných záměrů a Výzkumných
center. Od roku 2010 byl vědecký tým výrazně rozšířen a
internacionalizován díky podpoře z Operačního programu
Výzkum a vývoj pro inovace (OP VaVpI). Tato podpora
činila přibližně 500 milionů Kč, z toho 400 milionů bylo
investováno do unikátních přístrojů a výstavby nové budovy
Centra. Zbývající část prostředků byla použita na podporu
mladých vědeckých pracovníků a internacionalizace.
RCPTM má dnes přibližně 100 členný vědecký tým, který je
z více jak 25 procent tvořen zahraničními odborníky.
RCPTM se zabývá především chemickým, materiálovým
a optickým výzkumem. Prioritní oblasti výzkumu zahrnují
nanočástice oxidů kovů pro katalytické, magnetické
a biomedicínské aplikace, uhlíkové nanostruktury na
bázi grafenu a kvantových teček, nanočástice kovů
pro antimikrobiální úpravy a technologie čištění vod,
medicinální, výpočetní a koordinační chemii, fotoniku
a vývoj přístrojových technik pro aplikace v optice a
analytické chemii. Centrum ročně publikuje přes 200
původních vědeckých prací v prestižních zahraničních
časopisech (průměrný IF~4,0) a spolupracuje s více než 30
předními světovými pracovišti.
Centrum je dlouhodobě úspěšné v národní i mezinárodní
grantové politice. Za dobu tříleté existence RCPTM byli
pracovníci Centra úspěšní v celkem 55 předkládaných
projektech, jejichž dotace pro RCPTM činila přes 520 mil. Kč.
Mezi nejvýznamnější patří projekty Center kompetence
Technologické agentury České republiky, Center excelence
Grantové agentury České republiky a 7. rámcového
programu EU. Centrum je zároveň zapojeno do prestižních
mezinárodních kolaborací typu Pierre Auger Observatory
nebo CERN-ATLAS.
Pracoviště Centra mají také dlouholetou tradici spolupráce
s průmyslem i veřejnými organizacemi na poli aplikovaného
výzkumu. RCPTM spolupracuje s přibližně 50 tuzemskými
i zahraničními průmyslovými partnery. Kromě vývoje hightech postupů a technologií nabízí také moderní přístrojový
park využitelný v rámci zakázkového výzkumu nebo při
realizaci společných projektů.
Pracovníci Centra garantují také řadu magisterských
a doktorských studijních programů v oborech fyzikální
chemie, anorganické chemie, analytické chemie,
materiálové chemie, nanotechnologií, aplikované fyziky
či optiky a optoelektroniky. Během existence RCPTM
úspěšně ukončilo studium, pod vedením pracovníků
Centra, téměř sedm desítek studentů magisterského studia
a téměř dvě desítky studentů v doktorských studijních
programech. Již během studia jsou PhD studenti finančně
podporováni formou částečných úvazků či mimořádných
stipendií. Nejlepší z absolventů doktorských studijních
programů poté nastupují na pracovní pozice v jednotlivých
výzkumných odděleních Centra.
5
Výzkumné skupiny RCPTM
Nanokrystalické oxidy kovů
Vedoucí: Doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.
Skupina se zaměřuje na výzkum nanokrystalických
oxidů kovů především pro biomedicínské aplikace a
environmentální technologie. Jedná se především o vývoj
magnetických nanočástic oxidů železa, které se využívají
jako kontrastní látky při zobrazování metodou magnetické
rezonance, nosiče léčiv pro cílený transport v protinádorové
terapii nebo při magnetické separaci biomolekul a buněk.
V oblasti environmentální chemie skupina pracuje na vývoji
nových typů magnetických sorbentů, ekologicky šetrných
oxidantů na bázi železanů a železičnanů alkalických
kovů nebo magneticky separovatelných katalyzátorů.
Významné je také studium biogenních nanočástic oxidů
železa pro biotechnologické aplikace, tenkých oxidických
filmů pro technologie přímého solárního štěpení vody
nebo magnetických nanočástic jako elektrochemických
biosenzorů.
Uhlíkové nanostruktury, biomolekuly a simulace
Vedoucí: Prof. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D.
Skupina se dlouhodobě věnuje výzkumu grafenu a jeho
derivátů (fluorografenu, grafen oxidu). Výzkum zahrnuje
vývoj nových metod funkcionalizace a chemické modifikace
grafenu nebo teoretický i experimentální popis interakce
grafenu s kovy a rozpouštědly. Dalšími významnými
směry je výzkum fluorescenčních uhlíkových kvantových
teček a jejich aplikace pro značení buněk nebo studium
porézních uhlíkových nanostruktur pro environmentální a
katalytické aplikace. Skupina vyvíjí také teoretické metody a
nástroje pro studium biomakromolekul. Věnuje se zejména
struktuře a dynamice biomakromolekul a jejich funkčních
komponent a interakcím biomolekul s membránovými
dvojvrstvami, enzymy a nanomateriály.
Biologicky aktivní komplexy
a molekulární magnety
Vedoucí: Prof. RNDr. Zdeněk Trávníček, Ph.D.
Skupina se zaměřujeme na nové komplexní sloučeniny
přechodných prvků, zejména na vývoj nových
typů biologicky aktivních sloučenin s medicínským
aplikačním potenciálem (např. látky s protinádorovými,
protizánětlivými nebo antidiabetickými účinky), přípravu
a studium molekulových magnetů a molekulových
přepínačů s využitím např. v oblasti senzorů, paměťových či
záznamových médií s vysokou hustotou záznamu, výzkum
hybridních
molekulárně-krystalických
nanostruktur
s funkcionalizovaným nanokrystalickým nosičem na bázi
oxidů železa a navázanou koordinační sloučeninou.
6
Optické a fotonické technologie
Vedoucí: Prof. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc.
Skupina se dlouhodobě věnuje výzkumu optických
kvantových a nelineárních jevů a kvantové informatice,
výzkumu nestandardních detekčních systémů na bázi
optiky s citlivostí na jednotlivé fotony, speciálních mikro/
nano optických povrchů a tomu odpovídajících optických
technologií a měřicích metod. Další směry zahrnují vývoj
metod pro depozici a charakterizaci tenkých vrstev
metodami depozice z plazmatu a vakuového napařování.
Skupina vyvíjí optické bezkontaktní měřicí metody založené
na interferometrii v polích koherenční zrnitosti a v bílém
světle a moiré topografii. Skupina se svými aktivitami také
podílí na řešení prestižních mezinárodních projektů, jako je
ATLAS–CERN (výzkum podstaty hmoty na urychlovači LHC
v CERNu u Ženevy) nebo Pierre Auger Observatory (výzkum
vysokoenergetického kosmického záření).
Kovové nanomateriály
Vedoucí: Doc. RNDr. Libor Kvítek, CSc.
Skupina pracuje na výzkumu nanokrystalických kovů zejména
na bázi železa a vzácných kovů. Hlavní aplikační směry
zahrnují použití nanoželeza v in situ technologiích čištění
podzemních vod (v projektu 7. rámcového programu EU
„Taking Nanotechnological Remediation Processes from Lab
Scale to End User Applications for the Restoration of a Clean
Environment FP7-NMP“ - 2011108), dále použití nanostříbra
v antimikrobiálních technologiích a aplikace nanočástic
kovů v katalýze. Skupina také vyvíjí materiály a kompozity
pro aplikace v povrchově zesílené Ramanově spektroskopii,
zejména pro stanovení medicínsky zajímavých substancí.
V oblasti základního výzkumu se skupina věnuje komplexnímu
popisu toxicity nanokovů, mechanismu antibakteriálního
účinku nanostříbra nebo mechanismu interakce nanoželeza
s vybranými polutanty.
Nanotechnologie v analytické chemii
Vedoucí: Prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.
Skupina se zaměřuje na popis a modelování
analytických procesů při přechodu do nanoměřítka
(ionizace látek, nanoseparační lože, vliv nanočástic na
interakci záření s analytem, elektrochemické přeměny)
a charakterizaci nanomateriálů pomocí metod
analytické chemie (např. kapilární elektroforéza). Dále
pracuje na vývoji nových analytických zařízení (iontové
zdroje, separační systémy, citlivé detekční systémy) a
pokročilých analytických metod (nižší meze detekce,
zrychlení analýz). Mezi další preferenční směry
patří vývoj metod ke sledování přeměn toxických i
farmakologicky zajímavých látek a popis interakce
těchto látek s živými organismy. Skupina se zabývá
také základním výzkumem ionizace a fragmentace
v
hmotnostní
spektrometrii,
prekoncentrace,
chromatografické a elektroforetické separace. Ze
získaných poznatků se vychází například při analýze
potravin nebo v klinické a forenzní analýze.
FOTO
VIKTOR
7
Přístroje a výzkumná infrastruktura
Regionální centrum pokročilých technologií a materiálů v Olomouci dnes reprezentuje jedno z nejlépe
vybavených pracovišť pro materiálový, nanotechnologický, chemický a optický výzkum v evropském i
světovém měřítku. Budování špičkových laboratoří bylo zahájeno díky řešení několika projektů MŠMT
(Výzkumné záměry a centra), později bylo přístrojové vybavení výrazně posíleno s ohledem na požadavky
zapojení do velkých mezinárodních kolaborací. K zatím poslednímu co do objemu největšímu posílení
přístrojového parku došlo v posledních třech letech v průběhu realizační fáze řešení projektu OP VaVpI.
Široké spektrum syntetických i analytických technik, kterými RCPTM disponuje, je dáno nejen pestrým
výzkumným zaměřením Centra, ale také obrovskou mírou multidisciplinarity výzkumu v oblasti nanotechnologií,
které svým aplikačním potenciálem zasahují do medicíny, ekologie, biotechnologií, energetiky i celé řady
dalších oblastí. Při samotném sestavování přístrojového parku Centra byla zvolena cesta vzniku několika
specializovaných laboratoří zastřešujících příbuzné techniky.
Některé laboratoře (laboratoř mikroskopických technik a laboratoř pro analýzu ve vnějších magnetických
polích) jsou zcela unikátní v evropském i světovém měřítku, což nabízí obrovský potenciál využití v oblasti
kolaborativního výzkumu a mezinárodní spolupráce. Například vysokorozlišovací elektronový mikroskop je
svými parametry nejvýkonnějším mikroskopem v České republice.
Laboratoř mikroskopických technik
Jedná se o soubor mikroskopických technik,
které svým složením pokrývají široké spektrum
požadovaných analýz. Za vlajkovou loď nejen této
laboratoře, ale i Centra, lze považovat transmisní
elektronový mikroskop s vysokým rozlišením
(0,08 nm) s možností měření za nízkých teplot
(cryoHRTEM) a disponující technikami chemického
mapování jako EDX a EELS. Park mikroskopických
technik je dále doplněn standardním transmisním
elektronovým mikroskopem (TEM), skenujícím
elektronovým mikroskopem (SEM) se systémem
EDX, mikroskopem atomárních a magnetických sil
(AFM/MFM), resp. skenovací tunelovou mikroskopií
(STM). Z tzv. klasických mikroskopických technik
jsou k dispozici fluorescenční a konfokální optický
mikroskop.
Laboratoř technik pro analýzy ve vnějších magnetických polích
Tato laboratoř zastřešuje některé spektroskopické
techniky, ale také přístroje pro měření fyzikálněchemických
vlastností
materiálů
ve
vnějších
magnetických polích. Je to například magnetometr
SQUID (Superconducting Quantum Interference Device)
pracující ve vnějších polích do 7 T s možností měření FC/
ZFC křivek, hysterezních smyček, teplotních závislostí a
susceptibility, Mössbauerovy spektrometry pro měření
v širokém rozmezí teplot a vnějším magnetickém poli do
10 T. Mezi nejnovější zařízení patří systém pro měření
fyzikálních vlastností (Physical Property Measuring
System - PPMS) dovolující měření elektrických,
magnetických, optických a transportních vlastností ve
vnějších polích do 9 T nebo NMR spektrometr (600 MHz)
s možností analýzy vzorků v pevné fázi.
8
Laboratoř RTG technik pro strukturní a fázovou analýzu
Tato skupina technik zahrnuje spektroskopické
a difrakční metody využívající RTG záření pro
komplexní strukturní, fázovou a chemickou analýzu
materiálů. Z těchto technik jsou k dispozici RTG
práškový difraktometr umožňující fázovou analýzu
a zpracování vzorků za vysokých teplot (XRD), RTG
monokrystalový difraktometr a RTG fluorescenční
spektrometr (XRF) umožňující analýzu pevných
a kapalných vzorků v prvkovém rozsahu od
sodíku až po uran. Novou technikou je XPS (X-ray
Photoelectron Spectroscopy) pro analýzu pevných
vzorků do hloubky 10 nm s prvkovým rozsahem
lithium až uran.
Laboratoř spektroskopických,
chromatografických a termických metod
Laboratoř je tvořena zejména přístroji na bázi hmotnostní
spektrometrie a dalších spektroskopických technik, ale i
chromatografickými technikami, metodami termické
analýzy a kalorimetrie. Tato analytická laboratoř
využívá například hmotnostní spektrometr s vysokým
rozlišením, hmotnostní spektrometr s ionizací indukčně
vázaným plazmatem (ICP-MS) a laserovou ablací,
kapilární elektroforézu s tandemovým hmotnostním
spektrometrem, plynový resp. kapalinový chromatograf,
atomový absorpční spektrofotometr či elementární
analyzátor (CHNS). Další využitelné spektroskopické
techniky jsou IČ/Ramanova spektroskopie, disperzní
Ramanův mikroskop, mikro-Ramanova spektroskopie a
elektronová paramagnetická rezonance (EPR).
Skupina technik pro termickou analýzu materiálů je
zastoupena simultánním termickým analyzátorem
s analýzou uvolněných plynů (TG/DSC/EGA) a
izotermickým titračním kalorimetrem.
Laboratoř analýzy velikostních
a povrchových vlastností materiálů
Tato laboratoř se opírá o skupinu technik dovolujících
kvalitativně i kvantitativně posoudit povrchové
a velikostní vlastnosti materiálů včetně plochy
povrchu, povrchové energie, porozity materiálů,
smáčivosti povrchů či distribuce velikosti částic.
Zastoupeny jsou BET analyzátor měření plochy
povrchu a porozity materiálů, zařízení pro měření
chemisorpce a specifické plochy povrchů s možností
analýzy až do 450 °C, DLS analyzátor (Dynamic Light
Scattering) pro měření distribuce velikosti částic
a zeta potenciálu, SEA (Surface Energy Analyser)
analyzátor pro měření povrchové energie metodou
inverzní plynové chromatografie. V neposlední řadě
je k dispozici zařízení pro měření smáčivosti povrchů
metodou kontaktního úhlu a možností stanovení
povrchového napětí resp. povrchové volné energie
tuhých látek.
9
Optická laboratoř
Optická laboratoř disponuje především unikátními
laserovými a depozičními systémy a systémy na
opracování
(nano)povrchů.
Laboratoř
využívá
pikosekundový laserový systém s vysokou opakovací
frekvencí, pulsní femtosekundový laserový systém se
zesilovačem a optickým parametrickým zesilovačem,
pulsní femtosekundový systém s „cavity dumpingem“
a generátorem druhé a třetí harmonické frekvence,
nanosekundový laser a několik intenzifikovaných CCD
kamer s vysokou kvantovou účinností. Techniky pro
přípravu povrchů a vrstev jsou zastoupeny zejména
centry pro zpracování povrchů broušením a následně
leštěním pro přípravu optických i neoptických povrchů
s drsností pod 10 nm. Tyto povrchy mohou být následně
upravovány za pomoci vakuové napařovací aparatury
pro depozici tenkých vrstev, plazmatického systému
pro depozici funkčních struktur nanoklastrů a testovány
pomocí aparatury pro měření složení gradientních vrstev,
rozptylometru a technikami optické spektroskopie.
Laboratoř výpočetní chemie
Laboratoř je vybavena výpočetními klastry
pro simulace vlastností nových materiálů,
biomakromolekul a hybridních komplexních
systémů. Stávající softwarové i hardwarové
vybavení umožňuje predikci mechanických a
elektronických vlastností pevné fáze, širokého
spektra fyzikálně chemických vlastností molekul,
konformačního
chování
biomakromolekul,
studium účinnosti katalytických procesů a
posouzení vzájemné afinity látek.
Laboratoř
disponuje
výpočetními
klastry
o celkovém objemu cca 3100 CPU a 7,3 TB RAM
a datovými úložišti s celkovou kapacitou více než
80 TB. Kvantově chemické výpočty jsou prováděny
s pomocí programů Gaussian, Molpro, Turbomole,
VASP, Molcas, Abinit. Pro molekulárně dynamické
simulace jsou požívány například programy
AMBER, CHARMM, NAMD a GROMACS.
Syntetická laboratoř
Centrum není skladbou přístrojového parku zaměřeno
pouze na samotnou charakterizaci materiálů, ale
disponuje také širokou škálou technik a zařízení
umožňujících
přípravu a zpracování materiálů
v laboratorních a poloprovozních podmínkách. Jedná
se například o reakční autoklávy, laboratorní pece,
mikrovlnné systémy pro přípravu materiálů, dispergátor
nanočástic, tryskový a kulový mlýn pro homogenizaci
částic, centrifugy, ultrazvukové aparatury popř. depoziční
systémy využívající chladnou plazmu. Pro testovaní
laboratorně vyvinutých metod přípravy nanomateriálů
ve větším měřítku jsou k dispozici poloprovozní fluidní
a rotační pece pro práci v inertní, oxidační a redukční
atmosféře.
10
3 RCPTM - STŘÍPKY Z VÝZKUMU
KRÁLOVSTVÍ GRAFENU - MATERIÁLY S OMEZENÝMI
DIMENZEMI A NEOMEZENÝMI MOŽNOSTMI
Netradiční formy uhlíku fascinují vědce od počátku devadesátých let minulého století. Fulleren, tvořený šedesáti
atomy uhlíku ve tvaru kopacího míče, je tvrdší než diamant, uhlíkové nanotrubičky jsou zase pevnější než
ocel a stávají se běžnou součástí řady komerčních produktů. Pravděpodobně nejstudovanějším materiálem
současnosti je ale grafen, dvoudimenzionální list uhlíkových atomů podobný včelí plástvi. Za jeho objev získali
v roce 2010 Andre Geim a Konstantin Novoselov Nobelovu cenu za fyziku. Grafen je skutečně materiálem
s obrovskými možnostmi využití. Vede elektrický proud lépe než měď a elektrony v jeho struktuře se pohybují
téměř rychlostí světla. Je také transparentní, mimořádně pevný a nejlepší známý vodič tepla.
Fluorografen a příbuzné deriváty
Svět grafenu, jeho derivátů, vlastností a interakcí tvoří dnes
jednu z klíčových aktivit vědců v RCPTM. Již v roce 2010 stála
olomoucká skupina u objevu prvního stechiometrického
derivátu grafenu - fluorografenu, který je nejtenčím
známým izolantem. Při přípravě vyšla skupina kolem
prof. Otyepky a prof. Bourlinose (University of Ioannina,
Řecko) z trojdimenzionálního grafit fluoridu, který
chemicky leptala organickým rozpouštědlem sulfolanem.
Není bez zajímavosti, že fluorografen objevila ve stejném
čase také skupina vědců na univerzitě v Manchesteru pod
vedením Geima a Novoselova, kteří použili mechanickou
cestu přípravy. Práce obou skupin vyšly ve stejném čísle
prestižního časopisu Small (Small 2010).
Fluorografen, materiál s vlastnostmi podobnými teflonu,
otevřel cestu k dalším derivátům grafenu s řízenými
elektronickými vlastnostmi, např. šířkou zakázaného
pásu. Olomoučtí vědci předpověděli elektronické a
optické vlastnosti těchto fluorovaných, chlorovaných a
bromovaných derivátů, což představuje významný krok ke
konstrukci budoucích dvoudimenzionálních polovodičů.
Tato práce se dokonce objevila na přebalu prestižního
časopisu o teoretické a výpočetní chemii, který vydává
Americká chemická společnost (J. Chem. Theory Comput.
2013). Nedávno také pracovníci RCPTM publikovali
první komplexní systematizaci všech existujících
halogenovaných grafenových systémů včetně jejich
vlastností a potencionálních aplikací v časopise ACS Nano
(ACS Nano 2013).
Funkcionalizace grafenu a jeho aplikace
Kromě halogenovaných derivátů grafenu se RCPTM
intenzivně věnuje také kovalentní i nekovalentní
funkcionalizaci grafenu, tj. chemické modifikaci, která
by umožnila vylepšit některé vlastnosti, zejména
dispergovatelnost ve vodě, nebo modulovat elektronické
a magnetické vlastnosti. V loňském roce publikoval
mezinárodní tým pod vedením prof. Zbořila, ve spolupráci
s kolegy z Jižní Koreje (Pohang University) a Řecka (NCSR
Demokritos), první systematizaci všech možných přístupů
k funkcionalizaci grafenu včetně popisu vlastností jeho
dalších chemických sourozenců – grafanu s kovalentně
vázanými atomy vodíku a grafen oxidu s různě vázanými
atomy kyslíku (Chem. Rev. 2012).
12
Práce v Chemical Reviews, která za první půlrok od vydání
získala více než 100 citací, se dotýká také použití grafenu
například při sekvenování DNA nebo vývoji nových senzorů.
Měla by především inspirovat vědecké týmy při hledání
dalších aplikací grafenu. V této cestě jim může pomoci také
studie, ve které se pracovníkům RCPTM podařilo změřit
míru vzájemného působení grafenu s různými organickými
rozpouštědly (J. Am. Chem. Soc. 2013) a kovy (ACS Nano
2013). V práci, na níž se podíleli také kolegové z Aarhus
University v Dánsku, byla mimo jiné prokázána mimořádná
afinita grafenu k mědi. Tato „láska“ dvou excelentních
vodičů může mít v budoucnu velký význam při konstrukci
nové generace elektronických součástek a senzorů.
Mezi největší výzvy, na kterých vědci RCPTM v oblasti grafenové chemie v současnosti pracují, patří například cílená
funkcionalizace směrem k magnetickému grafenu, vývoj nových dvoudimenzionálních derivátů s polovodičovými vlastnostmi,
příprava nových typů grafenových kvantových teček nebo pochopení interakce grafenu s RNA, DNA a jinými biomolekulami.
Při naplňování těchto výzev by měl pracovníkům RCPTM pomoci také unikátní transmisní elektronový mikroskop s vysokým
rozlišením, možností velmi citlivého chemického mapování nanostruktur a práce v kryogenním režimu. Tento mikroskop je
první svého druhu v České republice.
Vybrané publikace:
•
•
•
•
•
•
Zbořil, R.; Karlický, R.; Bourlinos, A.B.; Steriotis, T.A.; Stubos,
A.K.; Georgakilas, K.; Šafářová, K.; Jančík, D.; Trapalis, Ch.;
Otyepka, M.: Graphene Fluoride: A Stable Stoichiometric
Graphene Derivative and its Chemical Conversion to
Graphene. Small 6, 2885–2891, 2010.
Karlický, K.; Otyepka, M.: Band Gaps and Optical Spectra
of Chlorographene, Fluorographene and Graphane from
G0W0, GW0 and GW Calculations on Top of PBE and
HSE06 Orbitals. J. Chem. Theory Comput. 9, 4155–4164,
2013.
Karlický, F.;
Datta, K.K.R; Otyepka, M.; Zbořil, R.:
Halogenated Graphenes: Rapidly Growing Family of
Graphene Derivatives. ACS Nano 7, 6434–6464, 2013.
Georgakilas, V.; Otyepka, M.; Bourlinos, A.B.; Chandra,
V.; Kim, N.; K. Kemp, Ch.; Hobza, P.; Zbořil, R.; Kim, K.S.:
Functionalization of Graphene: Covalent and NonCovalent Approaches, Derivatives and Applications. Chem.
Rev. 112, 6156–6214, 2012.
Lazar, P.; Karlický, F.; Jurečka, P.; Kocman, M.; Otyepková,
E.; Šafářová, K.; Otyepka, M.: Adsorption of Small Organic
Molecules on Graphene, J. Am. Chem. Soc. 135, 6338–
6344, 2013.
Lazar, P.; Zhang, S.; Šafářová, K.; Li, Q.; Froning, J.P.;
Granatier, J.; Hobza, P.; Zbořil, R.; Besenbacher, F.; Dong,
M.; Otyepka, M.: Quantification of the Interaction Forces
between Metals and Graphene by Quantum Chemical
Calculations and Dynamic Force Measurements under
Ambient Conditions. ACS Nano 7, 1646–1651, 2013.
Grantová podpora: Centrum excelence GAČR P208/12/G016, 2012-2018.
Řízení struktury a funkce biomolekul na molekulové úrovni: souhra teorie a experimentu.
Hlavní řešitel: Prof. Ing. Pavel Hobza, DrSc., FRSC; Spoluřešitel: Prof. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D.
13
FOTONY - POSLOVÉ PŘI STUDIU
VESMÍRU A PODSTATY HMOTY
Tajemství počátku vesmíru. Podstata vlastností těch nejmenších částeček hmoty. Strašidelné (dle Alberta Einsteina) působení na dálku v kvantovém světě. Co mají všechny tyhle záhady společného? Ve skutečnosti více,
než by se na první pohled zdálo, neboť všechny jen velmi neochotně odhalují pravdu o sobě a stojí na hranici
našeho poznání. Nedopřávají nám pokoje a tušíme, že tam někde za obzorem našich vědomostí jsou nějak
spojeny. A tak stavíme větší a větší urychlovače, k jejichž provozu se musí propojit velké mezinárodní vědecké
úsilí, abychom nahlédli o kousek dál do nitra hmoty. A přece k nám z vesmíru přilétají částice obdařené energií
o mnoho řádů vyšší, o jejichž původu zatím nemáme tušení. Ve všech těchto případech se snažíme oponu
poodhalit pomocí nepatrných pilných poslů – částic světla – fotonů, ať už k nám přicházejí z hlubin vesmíru,
nebo vypovídají o setkání s jinými cestovateli, případně je sami vysíláme, aby nám o tom vzdáleném velkém i
malém světě přinesli zprávu. A tu a tam, trochu nečekaně, získáváme i zcela nové nástroje pro náš všední život.
Vysokoenergetické částice
RCPTM přispívá k jednomu takovému nahlédnutí do
hlubin vesmíru svým podílem na stavbě a provozování
Observatoře Pierre Augera vybudované v argentinské
pampě, která studuje ty nejmenší částice hmoty dopadající
z vesmíru a nesoucí obrovskou energii. Když tyto částice
dopadnou do zemské atmosféry, vyprodukují rozsáhlou
spršku miliard sekundárních částic. Povaha a původ
primárních částic jsou pro vědce velkou neznámou, kterou
se observatoř pokouší objasnit. Tyto částice mohou
pocházet z rozpadu supermasivních částic temné hmoty,
stejně jako mohou vznikat postupným urychlováním
v astrofyzikálních objektech. Jeden ze směrů studia se
zaměřuje také na události vyvolané vysokoenergetickými
neutriny. Pracovníci Centra se podíleli na stavbě optické
části observatoře a v současnosti přispívají k jejímu
zdárnému provozu a sběru dat. Dalším projektem, který
nahlíží do světa vysokoenergetických částic ve vesmíru, je
projekt observatoře Cherenkov Telescope Array, na jehož
přípravné fázi se Centrum rovněž podílí.
pozorována v očekávané oblasti energií okolo 126 GeV
(Science 2012). Jde o největší objev na poli částicové
fyziky za posledních třicet let, neboť právě před třiceti
lety byly objeveny bosony W a Z, které potvrdily
konstrukci standardního modelu částicové fyziky. Dalšími
zajímavými oblastmi, kterými se experiment CERN-ATLAS
zabývá, je hledání supersymetrických částic, zkoumání
proton-protonových interakcí (Nature Commun. 2011)
nebo hledání dalších znaků nové fyziky, jako jsou extradimenze, produkce mikroskopických černých děr nebo
axionů. RCPTM se na kolaboraci CERN-ATLAS podílí
zejména modelováním optických detekčních procesů.
Naopak do nitra hmoty nahlíží projekt CERN-ATLAS, jehož
bezpochyby nejdůležitějším úkolem je potvrzení existence
Higgsova bosonu – elementární částice předpovězené
standardním modelem částicové fyziky, která vysvětluje,
proč mají jiné elementární částice ( jako např. kvarky
nebo elektrony) hmotnost. Taková částice byla skutečně
Kvantová informatika
Zkoumání vlastností kvantového mikrosvěta vedlo
ke vzniku nové vědní oblasti – kvantové informatiky.
Kvantové zpracování informace umožní implementaci
rychlejších výpočetních algoritmů, rychlejší metody
prohledávání databází nebo bezpečnější metody
komunikace, než jaké jsou dosažitelné metodami klasické
fyziky. Kvantově optická skupina v RCPTM studuje
kvantové algoritmy a protokoly s cílem přiblížit tuto
oblast co nejblíže praktickým aplikacím. V laboratořích
14
RCPTM se využívají jednotlivé fotony jako nosiče kvantové
informace a za pomoci jedno- a dvoufotonové interference
se provádí zpracování informace. Mezi nejvýznamnější
výsledky dosažené v této oblasti v poslední době patří
např. implementace laditelného fázového hradla (Phys. Rev.
Lett. 2011). Toto zařízení je prominentním členem rodiny
elementárních kvantově-informačních nástrojů. Může
být použito jako stavební prvek široké palety kvantově
informačních zařízení. Navíc tato implementace byla první,
která poskytla plnou laditelnost a maximální efektivitu
povolenou zákony kvantové fyziky. Jedním z dalších
produktů RCPTM v této oblasti je multifunkční kvantové
klonovací zařízení, které je analogií klasické kopírky,
ovšem s tím rozdílem, že se řídí kvantovými zákony. Může
duplikovat neznámý kvantový stav s takovou přesností, jak
to jen kvantová fyzika dovoluje. Takové zařízení lze pak
využít rovněž pro efektivní odposlech kvantové kryptografie
(Phys. Rev. Lett. 2013). Experimentální testování odolnosti
kvantové kryptografie přispívá ke stanovení hranic její
bezpečnosti.
Vedle návrhu a stavby prvků pro kvantové zpracování
informace se RCPTM rovněž zabývá návrhem originálních
detekčních schémat pro analýzu vlastností dvoufotonových
stavů světla a návrhem nových prvků a struktur pro
generaci fotonových párů. Skupina navrhla nové metody
analýzy kvantových stavů párových polí, které jsou
aplikovatelné pro absolutní kalibraci detektorů (Opt. Lett.
2012) na úrovni jednotlivých fotonů. Rovněž lze těmito
metodami generovat multifotonové neklasické stavy světla
(Opt. Express 2013), které nemají obdobu v klasické fyzice
a vyznačují se nižším šumem, než jaký je v rámci klasické
fyziky dosažitelný.
V oblasti částicové fyziky usiluje RCPTM o ještě širší zapojení do mezinárodních kolaborací. Vedle zmíněného projektu
Cherenkov Telescope Array se jeví nadějně rovněž zapojení RCPTM do projektu CBM - Compressed Baryonic Matter, který
bude využívat srážek atomových jader k výzkumu vysoce stlačené jaderné hmoty. Další výzvou, na které optické skupiny
RCPTM v současnosti pracují, je zdokonalení metod generace, manipulace a detekce kvantové informace takovým způsobem,
který by otevřel dveře k širšímu praktickému využití na poli kvantové informatiky a metrologie.
Vybrané publikace:
•
•
•
•
•
•
ATLAS Collaboration: Measurement of the Inelastic Proton-Proton Cross-Section at Root s=7 TeV with the ATLAS
Detector. Nature Commun. 2, 463, 2011.
ATLAS Collaboration: A Particle Consistent with the Higgs Boson Observed with the ATLAS Detector at the Large
Hadron Collider. Science 338, 1576, 2012.
Lemr, K.; Černoch, A.; Soubusta, J.; Kieling, K.; Eisert, J.; Dušek, M.: Experimental Implementation of the Optimal
Linear-Optical Controlled Phase Gate. Phys. Rev. Lett. 106, 13602, 2011.
Bartkiewicz, K.; Lemr, K.; Černoch, A.; Soubusta, J.; Miranowicz, A.: Experimental Eavesdropping Based on Optimal
Quantum Cloning. Phys. Rev. Lett. 110, 173601, 2013.
Peřina, J. Jr.; Haderka, O.; Michálek, V.: Sub-Poissonian-Light Generation by Postselection from Twin Beams. Opt.
Express 21, 19387, 2013.
Peřina, J. Jr.; Haderka, O.; Michálek, V.; Hamar, M.: Absolute Detector Calibration Using Twin Beams. Opt. Letters 37,
2475, 2012.
Grantová podpora: Zapojení do mezinárodních kolaborací CERN-ATLAS a Pierre Auger Observatory
15
EKOLOGICKY ŠETRNÉ NANOTECHNOLOGIE
PRO ČISTOU VODU
Zabezpečení dostatečného množství nezávadné vody je prioritou všech vládních politik na celém světě. Osmdesát procent světové populace přitom žije v lokalitách s vysoce problematickou kvalitou vodních zdrojů. Podle
údajů Světové zdravotnické organizace a agentury Deutshe Bank Research, které pravidelně monitorují globální
trh vodního hospodářství, vzrostla za posledních 50 let průměrná spotřeba vody na jednoho obyvatele Země
na dvojnásobek, zejména v důsledku radikálního nárůstu spotřeby vody pro průmyslové, zemědělské a návazné
aplikace. Tento trend jde ruku v ruce s nárůstem znečištění všech zdrojů vod včetně vody pitné. Chlorované
uhlovodíky, těžké kovy, radioaktivní sloučeniny, arzen, kyanidy, fosfor, herbicidy, bojové chemické látky, sinice.
To je jen několik příkladů vysoce toxických složek, které znečišťují vody po celém světě.
Nanoželezo pro in situ čištění podzemních vod
Vědecké skupiny RCPTM se dlouhodobě věnují vývoji
nových ekologicky šetrných technologií čištění vod a půd.
Jedná se především o technologii na bázi nulmocného
železa pro in situ čištění kontaminovaných podzemních vod.
Elementární železo, ve formě povrchově stabilizovaných
nanočástic, dokáže po zasáknutí „plout“ v podzemní
vodě, a svým redukčním a precipitačním efektem převádí
vysoce toxické rozpuštěné látky na výrazně méně toxické
či zcela netoxické fáze. Pracovníci RCPTM stáli u vývoje
velkokapacitní výroby nanoželeza (EP 2164656, 2013),
které se dnes již běžně používá při sanaci podzemních
vod znečištěných zejména chlorovanými uhlovodíky,
nitrosloučeninami, chromem, uranem a dalšími těžkými
kovy. Společnost Nanoiron, s.r.o., která technologii využívá,
je dnes největším evropským producentem nanoželeza.
Kromě podílu na vývoji technologie výroby a stabilizace
nanoželeza se RCPTM intenzivně věnuje studiu
mechanismů odbourání vybraných polutantů. V loňském
roce vědci RCPTM ve spolupráci s kolegy z Brna odhalili
unikátní selektivní toxicitu nanoželeza vůči sinicím (Environ.
Sci. Technol. 2012). Zjistili, že nanoželezo je multifunkční
zbraň v boji se sinicemi, neboť dokáže nejen degradovat
buňky cyanobakterií, ale současně navázat toxický
mykrocystin, který se tak nemůže uvolnit do vodního
sloupce. V neposlední řadě plní nanoželezo i preventivní
roli, neboť z vody odstraňuje fosfor – klíčovou živinu sinic.
Skupiny Centra se věnují také vývoji nových hybridních
systémů na bázi nanoželeza a nanostříbra umožňujících
odstranění fosforu v kombinaci s vysokým antimikrobiálním
efektem (Environ. Sci. Technol. 2013). Takové kompozity
mají výhodu zejména v možnosti magnetické separace a
opakovaného použití.
16
RCPTM je v oblasti výzkumu a aplikací nanoželeza zapojeno
do prestižního evropského projektu koordinovaného
kolegy z univerzity ve Stuttgartu. V tomto projektu jsou
pracovníci Centra zodpovědní právě za vývoj nanoželeza a
optimalizaci jeho povrchových a migračních vlastností pro
aplikace na celé řadě lokalit v Evropě.
Vysoké valenční stavy železa v oxidačních
technologiích
Kromě moderní reduktivní technologie využívající
nanoželezo se RCPTM podílí také na vývoji ekologicky
šetrné oxidativní technologie založené na aplikaci
sloučenin železa ve vysokých valenčních stavech
(železanů, železičnanů). V rámci dlouhodobé spolupráce
s kolegy z Florida Institute of Technology olomoučtí
vědci prokázali mimo jiné vysokou účinnost železanů pro
odbourání bojových chemických látek (J. Hazard. Mater.
2012) nebo v procesu odstranění kyanidů a těžkých
kovů (Chem. Eur. J. 2011). Nedávná studie publikovaná
v časopise Environmental Science & Technology pak
ukázala obrovský aplikační potenciál železanu draselného
při likvidaci arzenitanů a arzeničnanů ve vodách. Arzen
dnes představuje vážný ekologický problém nejen v řadě
asijských zemí, ale i v USA a Evropě. Studie prokazuje,
že železany jsou schopny odstraňovat arzen i ve velkých
koncentracích, přičemž potřebné koncentrace železanů
jsou naopak velmi nízké. Klíčový je ovšem mechanismus
odstranění spočívající v pevném zabudování pětimocného
arzenu do struktury vznikajícího oxidu železitého, čímž
nemůže docházet k jeho sekundárnímu uvolnění do
životního prostředí (Environ. Sci. Technol. 2013).
Na optimalizaci a komercionalizaci technologie odstranění
arzenu, stejně jako na desítkách dalších environmentálních
aktivit, pracuje RCPTM i v rámci národního Centra
kompetence „Ekologicky šetrné nanotechnologie a
biotechnologie pro čištění vod a půd“. Do osmiletého
projektu, podpořeného TAČR částkou 316 mil. Kč, jsou
kromě RCPTM jakožto koordinujícího pracoviště dále
zapojeni akademičtí partneři z Technické univerzity
v Liberci a Mikrobiologického ústavu AVČR v Praze. Na
vývoji a komercionalizaci technologií se pak podílí šest
významných průmyslových partnerů na trhu čištění vod
(AECOM CZ, s.r.o., AQUATEST, a.s., DEKONTA a.s., GEOtest,
a.s., LAC, s.r.o., MEGA a.s.).
Mezi velké výzvy, které chce RCPTM naplnit v oblasti environmentálních technologií, patří zejména dokončení vývoje
velkokapacitní výroby železanů a jejich komerční použití v technologiích čištění odpadních, povrchových a pitných vod.
Podobně intenzivně pracovníci Centra vyvíjí velkokapacitní technologii likvidace sinic pro testování na reálných lokalitách.
Velmi blízko komerčnímu využití jsou také technologie antimikrobiálních úprav filtrů a membrán pomocí nanostříbra, které
prodlouží životnost materiálů používaných v procesech filtrace vod s vysokým výskytem mikroorganismů. V neposlední řadě
jednotky Centra pracují na kombinaci biotechnologií a nanotechnologií pro degradaci hormonálně aktivních látek a léčiv, které
se do vod dostávají v důsledku rozsáhlého používání zejména hormonální antikoncepce a analgetik. Stávající technologie
odstranění těchto toxických látek jsou buď neúčinné, velmi nákladné nebo nešetrné k životnímu prostředí.
Vybrané publikace:
•
•
•
•
•
•
Zbořil, R.; Schneeweiss, O.; Filip, J.; Mašláň, M.: The
Method of Synthesis of the Iron Nanopowder with
the Protective Oxidic Coat from Natural and Synthetic
Nanopowdered Iron Oxides and Oxihydroxides. EP
2164656, 2013.
Maršálek, B.; Jančula, D.; Maršálková, E.; Mašláň, M.;
Šafářová, K.; Tuček, J.; Zbořil, R.: Multimodal Action
and Selective Toxicity of Zerovalent Iron Nanoparticles
against Cyanobacteria. Environ. Sci. Technol. 46, 23162323, 2012.
Marková, Z.; Šišková, K.; Filip, J.; Čuda, J.; Kolář, K.;
Šafářová, K.; Medřík, I.; Zbořil, R.: Air Stable Magnetic
Bimetallic Fe-Ag Nanoparticles for Advanced
Antimicrobial Treatment and Phosphorus Removal,
Environ. Sci. Technol. 47, 5285-5293, 2013.
Zbořil, R.; Andrle, M.; Oplustil, L.; Machala, L.; Tuček,
J.; Filip, J.; Marušák, Z.; Sharma, V.K.: Treatment of Chemical Warfare Agents by Zero-Valent Iron Nanoparticles and
Ferrate(VI)/(III) Composite, J. Hazard. Mater. 211, 126-130, 2012.
Filip, J.; Yngard, R.A.; Šišková, K.; Marušák, Z.; Ettler, V.; Sajdl, P.; Sharma, V.K.; Zbořil, R.: Mechanisms and Efficiency
of the Simultaneous Removal of Metals and Cyanides by Using Ferrate(VI): Crucial Roles of Nanocrystalline Iron(III)
Oxyhydroxides and Metal Carbonates, Chem. Eur. J. 17, 10097-10105, 2011.
Prucek, R.; Tuček, J.; Kolařík, J.; Filip, J.; Marušák, V.K.; Zbořil, R.: Ferrate(VI)-Induced Arsenite and Arsenate Removal by
In Situ Structural Incorporation into Magnetic Iron(III) Oxide Nanoparticles, Environ. Sci. Technol. 47, 3283-3292, 2013.
Grantová podpora:
Centrum kompetence TAČR TE01020218, 2012-2019.
Ekologicky šetrné nanotechnologie a biotechnologie pro čištění vod a půd.
Hlavní řešitel: Prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D.
FP7-NMP 2011108, 2013-2017
Taking Nanotechnological Remediation Processes from Lab Scale
to End User Applications for the Restoration of a Clean Environment.
Spoluřešitel: Prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D.
17
NANOMEDICÍNA - NOVÉ MOŽNOSTI
V DIAGNOSTICE I TERAPII
Přes obrovské pokroky současné medicíny stojí před vědci desítky výzev v řadě diagnostických i terapeutických
přístupů. Z mnoha příkladů lze jmenovat nalezení nových metod v boji s bakteriemi, které jsou stále
rezistentnější vůči antibiotické léčbě. Podobně je z hlediska úspěšnosti léčby stále důležitější vývoj postupů
včasné a přesné diagnózy onemocnění, často s použitím nových typů kontrastních látek. Snad největší výzvou
zůstává zvýšení účinnosti protinádorové terapie současně se snížením výskytu a závažnosti vedlejších účinků.
Ve všech zmíněných oblastech nabízí nanomateriály zajímavá a vysoce účinná řešení a řada z medicínských
nanotechnologií již prochází různými fázemi klinických testů. Jedná se zejména o využití nanostříbra v
antimikrobiálních aplikacích a nanočástic oxidů železa pro cílený magnetický transport léčiv či zlepšení
kontrastních vlastností při zobrazování pomocí magnetické rezonance.
Nanostříbro – nový nástroj v boji s bakteriemi
Studiu nanostříbra a jeho biologické aktivity se skupina
RCPTM okolo docenta Kvítka věnuje už od roku 2005. Jeho
výhodou oproti antibiotikům je skutečnost, že si bakterie
doposud vůči němu nevyvinuly mechanismy obrany.
V roce 2006, ve spolupráci s kolegy z Lékařské fakulty UP
(prof. Milan Kolář), publikovala skupina v časopise Journal
of Physical Chemistry B přelomovou práci kvantifikující
antibakteriální aktivitu nanočástic stříbra vůči široké škále
bakterií. Tato práce byla do září 2013 citována již téměř
500 krát a stala se základem pro práce desítek dalších
skupin po celém světě. Podobně pracovníci RCPTM jako
první stanovili antifungální aktivitu nanostříbra, kterou
popsali v roce 2009 v časopise Biomaterials (více jak 100
citací).
V posledním období se výzkum v RCPTM soustředí
na pochopení akutní a chronické toxicity nanostříbra
vůči vyšším organismům, jako je např. Drosophila
melanogaster (Environ. Sci. Technol. 2011), nebo na vývoj
metod magnetického transportu nanostříbra pro cílené
antimikrobiální aplikace (Biomaterials 2011). Z dalších
významných výstupů lze zmínit popis hemokompatibility
nanostříbra ve spolupráci s kolegy z Tübingenu (Acta
Biomater. 2013). Přehlednou práci o mechanismu účinku
nanostříbra, jeho biologické aktivitě, přípravě kompozitů
s biopolymery a perspektivách publikoval prof. Zbořil, ve
spolupráci s kolegy z Cornell University a Florida Institute
of Technology, v časopise Advances in Colloid and Interface
Science (2011).
Magnetické nanočástice pro transport léčiv i
diagnostiku
Magnetické nanočástice oxidu železitého (maghemitu)
představují velmi progresivní materiál pro biomedicínské
aplikace. Díky svým netoxickým a biodegradabilním
vlastnostem byl nanomaghemit schválen americkou FDA
18
(U.S. Food and Drug Administration) pro klinické použití.
Superparamagnetické nanočástice oxidu železitého
se používají pro zlepšení kontrastních vlastností při
zobrazování magnetickou rezonancí. Další aplikace je
v cílené protinádorové terapii, kdy se na velký specifický
povrch magnetických nanočástic naváže kancerostatická
látka, která je pomocí vnějšího magnetického pole zacílena
přímo k nádorovému místu a tam je uvolněna změnou
fyziologických podmínek nebo parametrů pole. Tímto
způsobem může být dramaticky snížena škála vedlejších
účinků spojených s klasickou protinádorovou terapií.
V oblasti magnetických nanosystémů pro biomedicínu má
RCPTM letitou historii. V roce 2009 patentovali vědci Centra
novou perorální kontrastní látku pro MRI diagnostiku
dutiny břišní, založenou na inkorporaci nanočástic oxidu
železitého do porézní struktury aluminosilikátu bentonitu.
Tato látka byla v následujících letech úspěšně klinicky
testována na více jak 100 pacientech s nejrůznějšími
onemocněními gastrointestinálního traktu. Z nedávných
úspěchů lze vyzdvihnout také vývoj magnetických
nanočástic funkcionalizovaných kyselinou tereftalovou,
které vykazují rekordní kontrastní účinek. Jedná se o první
příklad vylepšení kontrastních vlastností díky specifickému
povrchovému designu nanočástic (Chem. Commun. 2013).
V oblasti cíleného transportu léčiv RCPTM dlouhodobě
spolupracuje s kolegy z University of Patras v Řecku.
Nejzajímavějším výsledkem této vědecké kolaborace
byla příprava magnetických nanoklastrů procesem
samouspořádání v prostředí vhodných biopolymerů. Tyto
magnetické nanosystémy vykazují mimo jiné rekordní
kapacitu pro navázání doxorubicinu používaného
v chemoterapii (Small 2012).
Budoucí aktivity RCPTM na poli nanomedicíny jsou
zaměřeny především na možnosti in vivo a klinického
testování, také ve spolupráci s kolegy z Ústavu molekulární
a translační medicíny (BIOMEDREG) Lékařské fakulty
UP. V oblasti nanostříbra nejbližší plány zahrnují
komplexní popis biodistribuce stříbra v závislosti na
způsobu aplikace a povrchové úpravě nanočástic. Další
výzvou je výzkum synergického efektu nanostříbra a
antibiotik při kombinovaném podání, zejména směrem
k obnovení účinnosti antibiotik vůči rezistentním
bakteriím. Ve fázi klinických testů jsou již technologie
povrchové modifikace tracheostomických kanyl pomocí
kovalentně vázaného nanostříbra (Patent CZ 303502,
2012). Výzkum magnetických nanočástic na bázi oxidů
železa bude směřovat k vývoji komplexních materiálů, dnes
označovaných jako teranostika (terapie a diagnostika).
Vybrané publikace:
•
•
•
•
•
•
Panáček, A.; Prucek, R.; Šafářová, D.; Dittrich, M;
Richtrová, J.; Beničková, K.; Zbořil, R.; Kvítek, L.: Acute
and Chronic Toxicity Effects of Silver Nanoparticles
(NPs) on Drosophila melanogaster. Environ. Sci.
Technol. 45, 4974-4979, 2011.
Prucek, R.; Tuček, J.; Kiliánová, M.; Panáček, A.; Kvítek,
L.; Filip, J.; Kolář, M.; Tománková, K.; Zbořil, R.: The
Targeted Antibacterial and Antifungal Properties of
Magnetic Nanocomposite of Iron Oxide and Silver
Nanoparticles. Biomaterials 32, 4704-4713, 2011.
Krajewski, S.; Prucek, R.; Panáček, A.; Avci-Adali, M.;
Nolte, A.; Straub, A.; Zbořil, R.; Wendel, H. P.; Kvítek,
L.: Hemocompatibility Evaluation of Different Silver
Nanoparticle Concentrations Employing a Modified
Chandler-Loop in vitro Assay on Human Blood. Acta
Biomater. 9, 7460-7468, 2013.
Dallas, P.; Sharma, V. K.; Zbořil, R.: Silver Polymeric
Nanocomposites as Advanced Antimicrobial Agents:
Classification, Synthetic Paths, Applications, and
Perspectives. Adv. Colloid Interface Sci. 166, 119-135,
2011.
Maity, D.; Zoppellaro, G.; Šeděnková, V.; Tuček, J.;
Šafářová, K.; Poláková, K.; Tománková, K.; Diwoky,
C.; Stollberger, R.; Machala, L.; Zbořil, R.: Surface
Design of Core-Shell Superparamagnetic Iron Oxide
Nanoparticles Drives Record Relaxivity Values in
Functional MRI Contrast Agents. Chem. Commun. 48,
11398-11400, 2012.
Bakandritsos, A.; Papagiannopoulos, A.; Anagnostou,
E. N.; Avgoustakis, K.; Zbořil, R.; Pispas, S.; Tuček, J.;
Ryukhtin, V.; Bouropoulos, N.; Kolokithas-Ntoukas, A.;
Steriotis, T. A.; Keiderling, U.; Winnefeld, F.: Merging
High Doxorubicin Loading with Pronounced Magnetic
Response and Bio-repellent Properties in Hybrid Drug
Nanocarriers. Small 8, 2381-2393, 2012.
Grantová podpora:
Nanotechnologie pro společnost GA AVČR - KAN115600801, 2008-2012.
Nové technologie přípravy a využití nanočástic na bázi oxidů železa pro ekologické, průmyslové a lékařské aplikace.
Hlavní řešitel: Prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D.
19
KOORDINAČNÍ SLOUČENINY V BIOMEDICÍNSKÉM
A MATERIÁLOVÉM VÝZKUMU
Koordinační sloučeniny přechodných kovů představují ve své podstatě neomezeně širokou skupinu látek,
jejichž fyzikální vlastnosti a s tím související aplikační potenciál je možné modifikovat vhodnou kombinací
přechodného kovu a ligandu. Vědecké zaměření výzkumného oddělení RCPTM je pak zaměřeno na studium
sloučenin s reálně aplikovatelnými vlastnostmi v biomedicínské i materiálové oblasti, tedy na přípravu látek
využitelných např. k léčbě různých onkologických či zánětlivých onemocnění na straně jedné, nebo k přípravě
materiálů technologicky využitelných v oblasti záznamové techniky, senzorů či v lékařské diagnostice.
Medicinální chemie
Vědecký tým vedený prof. Zdeňkem Trávníčkem se v oblasti
medicinální chemie dlouhodobě zabývá racionálním
designem, syntézou a detailní fyzikálně-chemickou
charakterizací
koordinačních
sloučenin
vybraných
přechodných
kovů
vykazujících
nezanedbatelnou
biologickou aktivitu. Jsou studovány především
protinádorově aktivní komplexy platiny, mědi, železa,
ruthenia a zinku, a to na úrovni in vitro, in vivo a ex vivo,
včetně mechanismů jejich účinků na buněčné a molekulární
úrovni. V rámci tohoto studia se podařilo identifikovat
několik skupin látek, které svou protinádorovou aktivitou
významně
převyšují
chemoterapeutika
používaná
v onkologické praxi, např. cisplatinu (Patenty CZ 303009,
CZ 303417, CZ 303560, CZ 304045), a ve srovnání
s konvenčními chemoterapeutiky nevyvolávají tak
závažné negativní vedlejší účinky. Tyto sloučeniny navíc
dokážou účinně překonávat geneticky podmíněnou nebo
získanou rezistenci mnohých typů nádorů vůči již klinicky
používaným léčivům (J. Inorg. Biochem. 2012). V rámci
dalších aktivit výzkumné skupiny byly také připraveny
a studovány komplexy zlata (Patent CZ 303649; J. Med.
Chem. 2012) a zinku (PLoS One 2013), jejichž protizánětlivá
aktivita převyšuje aktivitu mnohých dnes používaných
léčiv. U připravených komplexů je také studován jejich
vliv na zdravé lidské buňky, na metabolické dráhy léčiv
a také možnosti jejich cíleného transportu do tkání, a to
navázáním na vhodně funkcionalizovanou nanočástici na
bázi oxidů železa nebo tvorbou liposomů.
Molekulární magnety a komplexy vykazující
spinové křížení
V rámci výzkumu magneticky zajímavých systémů jsou
studovány především koordinační sloučeniny železa
vykazující jev spinového křížení (spin crossover) a také
20
sloučeniny s velkou magnetickou anizotropií, a tedy
s potenciálem chovat se jako jednomolekulové nebo
jednořetízkové magnety (CrystEngComm 2013). V rámci
systematického studia, založeného na cílené optimalizaci
zvolených strukturních typů látek, se podařilo připravit
a podrobně charakterizovat hned několik skupin látek
vykazujících spin crossover jev. Byly také studovány vlivy
přítomnosti a typu kokrystalizovaného solventu a dalších
kovalentně či nekovalentně vázaných iontů na magnetické
vlastnosti připravených komplexních sloučenin (Inorg.
Chem. 2011).
V oblasti výzkumu jednomolekulových magnetů byly
dosaženy nejzajímavější výsledky u heterobimetalických
sloučenin železa v kombinaci s kovy z řady lanthanoidů
(Dalton Trans. 2012). Systematicky je také řešena
příprava a charakterizace hybridních systémů komplexů
s nanočásticemi na bázi oxidů železa a studium
magnetických a transportních vlastností takových soustav.
Obecnou výzvou v oblasti biomedicínsky orientovaných výzkumných týmů je příprava nebo identifikace biologicky vysoce
účinných látek s co nejmenšími vedlejšími účinky na zdravé tkáně lidského organismu. K této výzvě adherují i všechny
aktivity pracovní skupiny v oblasti přípravy a optimalizace protinádorově a protizánětlivě aktivních komplexů různých kovů.
Probíhají také pre-klinické studie látek, jejichž pozitivní výsledky by se mohly stát argumentem pro jejich vstup do klinické
fáze. Další výzvou je pak příprava hybridních systémů nanočástice-nízkomolekulové léčivo, které by mohly sloužit k cílenému
transportu léčiv. Současné aktivity budou rozšířeny o studium změny materiálu sloužícího k funkcionalizaci nanočástic s cílem
co nejefektivněji „navázat“ aktivní sloučeninu a umožnit její následné a řízené uvolnění v cílové tkáni. V oblasti magneticky
zajímavých koordinačních sloučenin je pro vědecký tým výzvou příprava a vývoj sloučenin, resp. hybridních materiálů, které
v sobě budou kombinovat výrazné optické a magnetické vlastnosti, což by ve svém důsledku mělo vést ke generační inovaci
již existujících systémů a k rozšíření jejich aplikačního potenciálu. K dosažení výše zmíněných cílů slouží také nové unikátní
přístroje, jako jsou Physical Property Measurement System (PPMS) a 600 MHz NMR spektrometr pro studium sloučenin
v pevné i kapalné fázi.
Vybrané publikace:
•
•
•
•
•
•
Štarha, P.; Trávníček, Z.; Popa, A.; Popa, I.; Muchová, T.; Brabec, V.: How to Modify 7-Azaindole to Form Cytotoxic Pt(II)
Complexes: Highly in vitro Anticancer Effective Cisplatin Derivatives Involving Halogeno-Substituted 7-Azaindole. J. Inorg.
Biochem. 115, 57–63, 2012.
Trávníček, Z.; Štarha, P.; Vančo, J.; Šilha, T.; Hošek, J.; Suchý, Jr., P.; Pražanová, G.: Anti-Inflammatory Active Gold(I) Complexes
Involving 6-Substituted Purine Derivatives. J. Med. Chem. 55, 4568–4579, 2012.
Hošek, J.; Novotná, R.; Babula, P.; Vančo, J.; Trávníček, Z.: Zn(II)-Chlorido Complexes of Phytohormone Kinetin and Its
Derivatives Modulate Expression of Inflammatory Mediators in THP-1 Cells. PLoS One 8, e65214, 2013.
Šilha, T.; Nemec, I.; Herchel, R.; Trávníček, Z.: Structural and Magnetic Characterizations of the First Manganese(III) Schiff
Base Complexes Involving Hexathiocyanidoplatinate(IV) Bridges. CrystEngComm 15, 5351–5358, 2013.
Herchel, R.; Trávníček, Z.; Zbořil, R.: Tuning of the Critical Temperature in Iron(II) Spin-Crossover Materials Based on Bridging
Polycyanidometallates: Pentacyanidonitrosylferrate(II) and Hexacyanidoplatinate(IV). Inorg. Chem. 50, 12390–12392, 2011.
Nemec, I.; Machata, M.; Herchel, R.; Boča, R.; Trávníček, Z.: A New Family of Fe2Ln Complexes Built from Mononuclear
Anionic Schiff Base Subunits. Dalton Trans. 41, 14603–14610, 2012.
Grantová podpora:
Centrum excelence P303/12/G163, 2012-2018.
Centrum interakcí potravních doplňků s léčivy a nutrigenetiky.
Spoluřešitel: Prof. RNDr. Zdeněk Dvořák, DrSc. et Ph.D
GAČR P207/11/0841, 2011-2014.
Funkcionalizované magnetické nosiče na bázi nanočástic oxidů železa
s navázanými biologicky aktivními nebo magneticky zajímavými sloučeninami.
Hlavní řešitel: Prof. RNDr. Zdeněk Trávníček, Ph.D.
21
SVĚT BIOMOLEKUL A JEJICH INTERAKCÍ OČIMA
SUPERPOČÍTAČE A NANOSENZORŮ
Biomakromolekuly, zejména proteiny a nukleové kyseliny (DNA a RNA), tvoří stavební kameny živé hmoty
a podílí se na jejích projevech. Přestože jsou biomakromolekuly v posledních desetiletích předmětem
intenzivního výzkumu, stále neumíme na řadu otázek spojených s funkcí biomakromolekul odpovědět a navíc
nacházíme další a další nové otázky. Mezi dosud ne zcela vysvětlené problémy patří otázky, které se týkají
mechanismů vzniku unikátních trojrozměrných struktur biomakromolekul. Jde o významný problém, který
souvisí s Levinthalovým paradoxem, který říká, že přestože mají biomolekuly takovou tvárnost, že se mohou
složit do nezměrného množství tvarů, dokáží díky evolučně přesně vyladěným fyzikálně-chemickým interakcím
najít ten správný tvar a složit se do něj za zlomky sekundy. Přitom právě správný tvar biomakromolekuly
zajišťuje její správnou biologickou funkci a celá řada závažných onemocnění jako jsou např. cystická fibróza,
Creutzfeldt-Jakobova, Alzheimerova a Parkinsonova nemoc souvisí s nesprávným skladem biomakromolekul.
Podobně mechanismy interakce biomolekul s nanosystémy jsou předmětem význačné oblasti současné vědy
- nanosenzoriky. Vhodně upravené nanočástice totiž mohou například monitorovat enzymatické procesy,
označit příslušné typy biomolekul nebo pronikat do buněk a „naslouchat“ dění v živých buňkách.
Nekovalentní interakce a struktura biomolekul
pohledem výpočetní chemie
Vědci RCPTM se dlouhodobě věnují úloze nekovalentních
interakcí ve světě biomakromolekul a prof. Hobza patří
v uvedené oblasti ke světově uznávaným kapacitám (Acc.
Chem. Res. 2013). Pro popis nekovalentních interakcí
vyvíjí RCPTM širokou škálu metod kvantové chemie, které
dovolují získat velmi přesné hodnoty interakčních energií.
Získané poznatky jsou následně využívány při vývoji metod
molekulové mechaniky a molekulové dynamiky. Právě
molekulovou dynamiku, což je unikátní simulační technika,
která jako jediná nabízí velmi jemné prostorové (atomární)
a časové (až femtosekundové) rozlišení, se používá
pro studium dynamického chování biomakromolekul.
To nám dovolilo pochopit, jakým způsobem funguje
regulace metabolismu pomocí přepínače RNA nebo jak
se prostorově skládají vlásenky RNA. S kolegy z University
of Cambridge pak byly úspěšně popsány třídimenzionální
struktury proteinů v rámci kombinované výpočetněexperimentální studie (Biophys J. 2012).
Samotná trojrozměrná struktura proteinů je ovšem velmi
komplikovaná, a proto nalézáme uvnitř různé dutiny a
kanály, které mohou být funkčně důležité. Z nedávných
studií výzkumníků RCPTM se ukazuje, že velká většina
enzymů má hluboce zanořená aktivní místa. Proto RCPTM
pracuje na vývoji nových přístupů pro vyhledávání a
charakterizaci dutin a kanálů v proteinových strukturách.
Ve spolupráci s kolegy z brněnského centra CEITEC byl
vytvořen velmi efektivní software MOLE 2.0, který vnitřní
prostory vyhledává a charakterizuje (Nuc. Acids Res. 2012).
Software je po celém světě hojně využíván pro aplikace
v proteinovém inženýrství či pochopení metabolismu léčiv.
Nanosenzory a uhlíkové kvantové tečky
Pro separaci DNA a proteinů, stejně jako při identifikaci
a stanovení biomolekul včetně enzymů, se úspěšně
využívají magnetické nanočástice oxidů železa. V oblasti
magnetických
biosenzorů
RCPTM
dlouhodobě
spolupracuje s kolegy z univerzity v italské Padově.
V nedávné době tak společně vyvinuli například univerzální
magnetofluorescenční senzory, založené na specificky
22
povrchově
upravených
nanočásticích
maghemitu
funkcionalizovaných derivátem rhodaminu, využívané
například pro stanovení glukózy (Biosens. Bioelectron.
2013) nebo senzory pro elektrochemické stanovení
peroxidu vodíku produkovaného mitochondriemi. Další
zajímavou skupinou nanomateriálů využívanou při značení
biomolekul a buněk jsou uhlíkové kvantové tečky. Již v roce
2008 stáli olomoučtí vědci, ve spolupráci s řeckými kolegy a
partnery z Cornell University, u zrodu tohoto nového typu
uhlíkových nanomateriálů. Společné práce publikované
v časopisech Small a Chemistry of Materials mají dnes
přes 300 citací. Uhlíkové tečky mají oproti „klasickým“
metalickým kvantovým tečkám (CdSe, CdTe) výhodu
v jejich netoxicitě, biokompatibilitě a tudíž použitelnosti
v biomedicínských aplikacích. Pracovníci RCPTM již
optimalizovali metody přípravy umožňující řídit povrchové
a fluorescenční vlastnosti uhlíkových teček (Chem. Mater.
2012). Současné práce se ubírají směrem ke studiu
hybridních systémů využívajících gadoliniem dopovaných
teček nebo kompozitů oxidů železa s uhlíkovými tečkami,
které se ukázaly jako vysoce účinné při duálním MRI/
fluorescenčním značení kmenových buněk (J. Mater.
Chem. 2012).
Nové výzvy v oblasti studia biomolekul a jejich interakcí, včetně interakcí s nanosystémy, jsou spjaty také s novými přístrojovými
možnostmi díky dotaci z OP VaVpI. Jedná se především o využití vysokorozlišovacího elektronového mikroskopu s možností
práce při nízkých teplotách a nového superpočítače. V současnosti RCPTM disponuje počítačovými klastry s celkem 3026 CPU
a 72 GPU a úložným prostorem 50 TB. Počítačové simulace tak neslouží pouze pro studium biomakromolekul, ale i pro studium
průchodu a akumulace látek (léčiv, antioxidantů apod.) v biologických membránách, studium struktury a vlastností nových
materiálů (např. uhlíkových a grafenových kvantových teček) nebo pro popis chemické katalýzy. V oblasti nanosenzorů se
výzkum soustředí na vývoj nových imunosenzorů na bázi magnetických nanočástic a také na využití uhlíkových teček pro in vivo
fluorescenční značení a studium procesů uvnitř buněk. Velkou výzvou také zůstává pochopení podstaty fotoluminiscenčních
vlastností uhlíkových teček a jejich aplikace ve fotodynamické protinádorové terapii.
Vybrané publikace:
•
•
•
•
•
•
Riley, K. E.; Hobza, P.: On the Importance and Origin of Aromatic
Interactions in Chemistry and Biodisciplines. Acc. Chem. Res. 46, 927936, 2013.
Kůhrová, P.; De Simone, A.; Otyepka, M.; Best, R. B.: Force-Field
Dependence of Chignolin Folding and Misfolding: Comparison with
Experiment and Redesign. Biophys. J. 102, 1897-1906, 2012.
Berka, K.; Hanák, O.; Sehnal, D.; Banáš, P.; Navrátilová, V.; Jaiswal, D.;
Ionescu, C. M.; Svobodová Vařeková, R.; Koča, J.; Otyepka, M.: MOLEonline
2.0: Interactive Web-based Analysis of Biomacromolecular Channels.
Nuc. Acids Res. 40, W222-W227, 2012.
Baratella, D.; Magro, M.; Sinigaglia, G.; Zbořil, R.; Salviulo, G.; Vianello, F.:
A Glucose Biosensor Based on Surface Active Maghemite Nanoparticles.
Biosens. Bioelectron. 45, 13-18, 2013.
Bourlinos, A. B.; Zbořil, R.; Petr, J.; Bakandritsos, A.; Krysmann, M.;
Giannelis, E. P.: Luminescent Surface Quaternized Carbon Dots, Chem.
Mater. 24, 6-8, 2012.
Marková, Z.; Bourlinos, A. B.; Šafářová, K.; Poláková, K.; Tuček, J.; Medřík, I.;
Šišková, K.; Petr, J.; Krysmann, M.; Giannelis, E. P.; Zbořil, R.: Synthesis and
Properties of Core-Shell Fluorescent Hybrids with Distinct Morphologies
Based on Carbon Dots, J. Mater. Chem. 22, 16219-16223, 2012.
Grantová podpora:
Centrum excelence P208/12/G016, 2012-2018
Řízení struktury a funkce biomolekul na molekulové úrovni: souhra teorie a experimentu.
Hlavní řešitel: Prof. Ing. Pavel Hobza, DrSc., FRSC; Spoluřešitel: Prof. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D.
23
MINIATURIZACE - NOVÁ VÝZVA
V ANALYTICKÉ CHEMII
Miniaturizace provází vývoj lidstva snad od jeho samého počátku. Dnes je spojena především s vývojem nových
zařízení nebo materiálů, které nám v důsledku dovolují mobilním telefonem hovořit se svými blízkými na jiném
kontinentu nebo vysílat kosmické sondy ke vzdáleným planetám naší sluneční soustavy, pečlivěji kontrolovat
kvalitu potravin nebo vyrábět nové léky. Trend miniaturizace se týká i analytické chemie. Pozornost se zaměřuje
na konstrukce přenosných zařízení umožňujících analýzu v terénu, na vývoj metod, které spotřebovávají malá
množství reagencií a stávají se tak úspornějšími a šetrnějšími k životnímu prostředí, metod, které dovolují
analyzovat nevažitelná množství vzorku. Vývoj nových materiálů umožňuje dosáhnout lepších výsledků analýz,
vyšší selektivity, nižších limitů detekce, zjistit či stanovit malé obsahy látek ve složité matrici.
Miniaturizovaná zařízení
Miniaturizace analytických přístrojů, resp. jejich částí,
je zásadním milníkem analytické chemie. Desorpční
nanoelektrosprej,
miniaturizovaný
elektrosprej,
je
příkladem iontového zdroje pro hmotnostní spektrometrii
vyvíjeného skupinou kolem prof. Lemra. Jeho možnosti
byly demonstrovány na analýze optických izomerů
léčiv v plné krvi nebo při analýze vína (J. Chromatogr. A
2010). Komplexní miniaturizovaná zařízení (tzv. micro
total analytical systems, µTAS) mohou celou analýzu,
včetně procesů extrakce, derivatizace, separace a vlastní
detekce, provést na jedné platformě, která je přenosná a
může být využita například přímo u lůžka pacienta. V roce
2010 navázala skupina prof. Ševčíka spolupráci s předním
světovým pracovištěm na tyto technologie, Korea Institute
of Science and Technology v Německu vedeným prof.
Andreasem Manzem, jedním z otců těchto technologií.
Spolupráce je v RCPTM rozvíjena doc. Maierem a doc.
Petrem. Vývoj miniaturizovaných zařízení pracujících
s přehřátými tekutinami vede k novým způsobům rozrušení
a analýzy bakteriálních spor s potenciální aplikací v boji
24
proti bioterorismu. Práce v této oblasti přinesla publikaci ve
vlajkové lodi časopisů o miniaturizaci Lab on a Chip (2013).
Přehledné články zaměřené na analýzu mikroorganismů
pak byly publikovány v prestižních časopisech Trends in
Analytical Chemistry (2012) a Analytical Chemistry (2013).
Složité a nákladné analytické přístroje odkrývají tajemství
látek, dějů v živých organismech, ale potřeba kvalifikované
obsluhy a ekonomické důvody představují jistá omezení. Ve
skupině analytické chemie není opomíjena problematika
nízkonákladových zařízení, např. na bázi papíru (tzv. micro
paper-based analytical devices, µPAD). Byla vyvinuta
miniaturizovaná zařízení pro sledování znečištění životního
prostředí, která umožňují analýzu přímo v terénu a
vyhodnocení pomocí odeslání obrazu mobilním telefonem.
Ve zmíněných oblastech je kromě spolupráce se skupinou
prof. Manze rozvíjena kolaborace s dalšími zahraničními
týmy (prof. Kevin Schug, University of Texas at Arlington,
USA).
Nové analytické metody
Skupina analytické chemie se zabývá také vývojem
rozmanitých metod, například pro klinickou a forenzní
analýzu nebo analýzu potravin. Spolupracuje s klinickými
specialisty z fakultních nemocnic v Olomouci a Ostravě.
Zajímavou oblastí je studium potenciálních léčiv (J. Med.
Chem. 2013) nebo problematika odmítnutí kloubních
náhrad, kdy je sledována distribuce uvolňovaných kovů
v organismu. Úzká spolupráce s Ústavem soudního
lékařství FN Olomouc vede k novým postupům zjišťování
intoxikace houbami nebo identifikace tzv. „new designer
drugs“. Skupina kolem doc. Bednáře dlouhodobě řeší
otázky analýzy vín a jejich charakterizaci s možným
využitím při odhalování pančování (J. Chromatogr. A
2011). Poměrně novým směrem je vývoj metod pro
charakterizaci nanočástic v roztocích a sledování jejich
interakcí s biologicky aktivními látkami, např. proteiny
nebo DNA (doc. Petr). Nanočástice jsou využívány při
vývoji senzorů nebo pro přípravu sorbentů s požadovanou
selektivitou. Mezi speciální analýzy spadá identifikace
pigmentu v nevažitelném vzorku historické malby (J. Mass
Spectrom. 2013).
Mezi největší výzvy, na kterých vědci RCPTM v oblasti
miniaturizací v analytické chemii v současnosti pracují,
patří zmíněný vývoj nízkonákladových zařízení pro
medicínské aplikace, vývoj stabilních ionizačních technik
pro hmotnostní spektrometrii pro rychlé analýzy složitých
vzorků nebo vývoj nových elektrodových materiálů
a stacionárních fází s využitím nanomateriálů. Vše se opírá
o studium základních procesů včetně tvorby a fragmentace
iontů, povrchové chemie a výměnných rovnováh nanočástic.
Výzkum těží z kvalitního instrumentálního vybavení, jako
je například spojení separačních metod s hmotnostní
spektrometrií nebo hmotnostní spektrometrie s indukčně
vázaným plazmatem.
Vybrané publikace:
•
•
•
•
•
•
Papoušková, B.; Bednář, P.; Hron, K.; Stávek, J.; Balík, J.; Myjavcová, R.; Barták, P.; Tománková, E.; Lemr, K.: Advanced
Liquid Chromatography/Mass Spectrometry Profiling of Anthocyanins in Relation to Set of Red Wine Varieties
Certified in Czech Republic. J. Chromatogr. A 1218, 7581-7591, 2011.
Petr, J.; Maier, V.: Analysis of Microorganisms by Capillary Electrophoresis. TrAC – Trends Anal. Chem. 31, 9–22, 2012.
Havlíček, V.; Lemr, K.; Schug K.A.: Current Trends in Microbial Diagnostics Based on Mass Spectrometry. Anal. Chem.
85, 790-797, 2013.
Přibylka, A.; Almeida, A.V.; Altmeyer, M.O.; Petr, J.; Ševčík, J.; Manz, A.; Neužil, P.: Fast Spore Breaking by Superheating.
Lab. Chip. 13, 1695–1698, 2013.
Li, L.; Yang, S.H.; Lemr, K.; Havlíček, V.; Schug, K.A.: Continuous Flow-Extractive Desorption Electrospray Ionization:
Analysis from „Non-Electrospray Ionization-Friendly“ Solvents and Related Mechanism. Anal. Chim. Acta 769, 84–
90, 2013.
Knob, R.; Breadmore, M.C.; Guijt, R.M.; Petr, J.; Macka, M.: Porous Layer Open Tubular Monolith Capillary Column:
Switching-off the Reaction Kinetics as the Governing Factor in their Preparation by Using an Immiscible LiquidControlled Polymerization. RSC. Adv. 2013, in press (doi: 10.1039/C2RA23417C)
Grantová podpora:
GA ČR, P206/12/1150, 2012-2016.
Vzorkování a účinnost desorpce/ionizace za atmosférického tlaku
při hmotnostně spektrometrickém experimentu.
Řešitel: Prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.
25
4 RCPTM A TRANSFER TECHNOLOGIÍ
POHLED DO NEBE I PEKLA
Funkce celé řady vědeckých i průmyslových zařízení pracujících pod otevřeným nebem je závislá na
stavu atmosféry, případně na četnosti srážek a pokrytí oblačností. Dlouhodobé monitorování atmosféry
na často odlehlých lokacích, zamýšlených pro stavbu a budoucí provoz takových zařízení, je základním
předpokladem pro jejich efektivní výběr. Velmi důležitá pro fungování řady provozů a zařízení vyžadujících
jasnou oblohu je možnost monitorování úrovně oblačnosti nejen denní, ale i noční oblohy.
Celooblohové kamery vyvinuté ve spolupráci RCPTM
a FZÚ AV ČR jsou vedlejším produktem zapojení
Centra do velkých mezinárodních vědeckých
kooperací a v současnosti jsou využívány zejména
ve dvou projektech - Pierre Auger Observatory
(Argentina, instalovány čtyři kamerové systémy)
a Cherenkov Telescope Array (celkem sedm
systémů instalovaných v Namibii, Mexiku, USA a na
Kanárských ostrovech). Jeden referenční systém je
instalován také nedaleko Olomouce. Tyto kamery
představují autonomní a velmi flexibilní systémy
s mnohostranným použitím. Mohou sledovat
intenzitu světelného pozadí noční oblohy s úhlovým
rozlišením cca 1.5°. Mohou také dlouhodobě
monitorovat denní i noční úroveň oblačnosti a jas
noční oblohy. To je velmi užitečné například pro
plánování umístění budoucích observatoří, registraci
efektů světelného znečištění v blízkosti městských
aglomerací nebo ke zvýšení efektivity provozu
systémů a zařízení závislých na jasné obloze.
Mapa již instalovaných kamerových systémů.
Příklady nočního pokrytí oblačností a nočního jasu oblohy.
Zvyšování účinnosti spalovacích procesů v různých odvětvích průmyslu (tepelné elektrárny, teplárny,
cementárny, chemické provozy, spalovny odpadu, hutnictví) se v současné době neobejde bez zařízení, které
je schopno spalovací proces v reálném čase sledovat. Na základě znalosti fyzikálních zákonitostí spojených
s hořením plamene lze ovlivňovat spalování tak, aby při maximální účinnosti bylo dosaženo minimálního
znečištění ovzduší.
K tomuto účelu byla v RCPTM navržena metoda videopočítačového sledování spektrální teploty plamene
během spalovacího procesu pomocí CCD kamery. Při
tomto způsobu měření se s výhodou používá velkých
odlišností ve spektrálním obrazu redukčního (převaha
žluté barvy) a oxidačního plamene (převaha modré
barvy). Jednou z hlavních podmínek úspěšného
řešení tohoto problému je vývoj a realizace optického
zařízení, které v podmínkách různých typů spalovacích
provozů s odlišnými typy žárových kotlů umožní
kvalitní zobrazení plamene na CCD čip použité barevné
kamery. Vývoj a výrobu optické části takového zařízení
- technického boroskopu, který je realizován v úzké
spolupráci několika firem, zajišťuje Oddělení optických a
fotonických technologií RCPTM. Na základě ověřovacích
zkoušek funkčních vzorků a prototypů zajišťovaných
firmou INDEL s.r.o. (Slovensko) jsou vyrobené boroskopy
distribuovány do firmy POWITEC (Německo), která je
zavádí do výrobních procesů v Evropě (hlavně Německo,
Rakousko, ČR, Slovensko), Jižní Americe (Argentina) a Asii
(Indie, Malajsie, Turecko).
Zabarvení redukčního a oxidačního plamene.
Fotografie vyvinutých boroskopů.
27
POHLED DO NITRA MATERIÁLŮ
Pro pochopení struktury a vlastností materiálů jsou v dnešní době využívány nejmodernější techniky, které jsou
schopny monitorovat ty nejjemnější interakce. Jednou z takových technik je Mössbauerova spektroskopie,
za jejíž objev získal německý fyzik Rudolf Ludwig Mössbauer v roce 1961 Nobelovu cenu za fyziku. Metoda
založená na interakcích atomových jader a elektronů (tzv. hyperjemných interakcích) je vhodná především
pro studium materiálů obsahujících železo. Dovoluje odhalit a kvantifikovat různé strukturní formy železa,
odlišné valenční a spinové stavy, to vše přímo v pevné fázi bez nutnosti destrukce vzorků. Obrovskou
výhodou metody je její prvková selektivita umožňující získat uvedené kvalitativní i kvantitativní informace
i při velmi nízkém obsahu sloučenin železa. Metoda tak našla rozsáhlé uplatnění nejen v chemii a fyzice, ale
i mineralogii, archeologii, medicíně nebo v kosmickém výzkumu. Dnes existuje jen několik firem dodávajících
komerčně tato unikátní zařízení (např. Wissel, Německo).
Olomoučtí vědci se již od devadesátých let zabývají
konstrukcí Mössbauerových spektrometrů včetně
vývoje pohybového zařízení zabezpečujícího pohyb
radioaktivního zářiče, detektorů gama záření,
elektronických synchronizačních prvků a softwarového
řízení. U počátků vývoje těchto zařízení stál stávající
rektor Univerzity Palackého prof. Miroslav Mašláň.
Výhodou spektrometrů vyvíjených v RCPTM je
kompaktní a jednoduchý design nevyžadující náročné
technické znalosti uživatele, relativně jednoduchá
instalace a obsluha (plug and play), uživatelsky
příjemný software nebo možnost vzdáleného ovládání
spektrometru. Velmi důležitá je také kompatibilita
spektrometru se systémy pracujícími za nízkých a
vysokých teplot nebo ve velkých vnějších magnetických
polích (pece, kryomagnetická zařízení).
Olomoucké spektrometry tak již byly instalovány v řadě
laboratoří po celém světě. Za všechny lze jmenovat
například University of Johannesburg, University of
Lund, University of Tokyo, University of Derby, University
of Uppsala, v letošním roce se připravuje instalace na
Mössbauerovský spektrometr v kombinaci
s kryogenním magnetickým systémem
Florida Institute of Technology. Z komerčních subjektů
lze zmínit instalaci ve společnosti SASOL Ltd., což je
největší chemicko-technologická firma v Jihoafrické
republice, nebo nedávnou instalaci ve společnosti
Forschungszentrum Jülich GmbH, v Německu.
„Cover arts“ autorů RCPTM na přebalech časopisů
Americké chemické společnosti
28
Kromě komerčních výstupů využívají vědci RCPTM
vyrobené spektrometry také pro vlastní výzkum,
zejména k popisu strukturních a magnetických
vlastností různých strukturních forem nanočástic oxidu
železitého. Jejich přehledové články týkající se mimo
jiné využití Mössbauerovy spektroskopie při studiu
vlastností a aplikací oxidů železa byly publikovány na
přebalech prestižních časopisů Americké chemické
společnosti Chemistry of Materials.
POHLED POD KŮŽI
Kůže představuje největší orgán našeho těla, který ho chrání před přímým vlivem vnějšího prostředí, brání
dehydrataci organismu a zamezuje přímému pronikání látek do organismu z okolí. Nicméně je známo, že
kůží může přesto řada látek prostoupit. Tato vlastnost kůže nám vyhovuje například při lokální léčbě mastmi
nebo v jiných transdermálních aplikacích. Na druhou stranu svou kůži chráníme před prostupem některých
nežádoucích látek (např. herbicidů, fungicidů, organických rozpouštědel jako jsou alkoholy nebo benzín a
mnoha dalších toxických sloučenin). Proto se nové látky, které se dostávají do kontaktu s kůží například
v kosmetických, pracích a čisticích prostředcích, nejprve testují, zda a jak snadno prostupují kůží, případně jak
ovlivňují prostupnost kůže jako celku. Jelikož experimenty pro prostup látek kůží nejsou ani triviální, ani levné
a vyžadují zdroj lidské kůže, vede cesta k popisu interakce a prostupnosti látek kůží skrze metody výpočetní
chemie.
RCPTM tento výzkum již třetím rokem provádí s významnou mírou finanční podpory americké společnosti Procter
& Gamble. Pomocí počítačových simulací je tak modelován prostup různých komerčně významných látek svrchní
ochrannou vrstvičkou kůže (tzv. stratum corneum). V současnosti jsou pro studium využívány zjednodušené modely
lipidové dvojvrstvy. Počítačové simulace dovolí na těchto modelech posoudit, jakým způsobem se látka v lipidové
dvojvrstvě akumuluje a jak snadno jí prostupuje. Současně pracovníci RCPTM sestavují model strata cornea, což je
velmi komplexní struktura tvořená ceramidy, volnými mastnými kyselinami a cholesterolem.
Jednoduchý model interakce
membrány
(barevné
koule
reprezentují
polární
hlavy
lipidů, světle modré řetězce
jsou nepolární řetězce lipidů
a šedé tečky znázorňují vodu)
s modelovou molekulou kofeinu
(světlejší molekula). Z profilu
volné energie kofeinu (červená
linka) lze určit, jak se kofein
koncentruje v membráně (dle
hloubky tohoto profilu) a kde se
nejčastěji nachází (v nejhlubším
místě profilu volné energie).
Nejjednodušší model strata cornea –
vlevo čistá dvojvrstva ceramidů, vpravo
vícevrstevná struktura ceramidů (molekuly
vody jsou zobrazeny šedě, lipidy modrobíle, polární části jsou zobrazeny jakou
modré koule, žluté a oranžové koule
reprezentují pozice konců lipidických
řetězců). V obou případech lze vidět fázi
gelu, kdy jsou řetězce ceramidů uspořádány
velmi pravidelně. Tato struktura výrazně
omezuje propustnost ceramidových vrstev.
29
LÉČBA PODZEMNÍCH VOD
Podzemní vody jsou dnes na řadě míst po celém světě kontaminovány desítkami toxických látek, které se do
prostředí dostávají v důsledku neekologických průmyslových výrob, havárií nebo válečných konfliktů. Jen v České
republice představuje řešení starých ekologických zátěží jeden z největších ekonomických i technologických
problémů. Jedná se například o likvidaci toxických látek, které se do životního prostředí dostaly po činnosti
sovětské armády nebo v důsledku minulých nešetrných průmyslových procesů, jako je těžba uranu. Podzemní
voda kontaminovaná chlorovanými uhlovodíky, nitrosloučeninami, arzenem nebo těžkými kovy tak představuje
reálné a vysoké nebezpečí z hlediska kontaminace pitných vod. Vědci napříč kontinenty hledají nové ekologicky
šetrné metody léčby podzemních vod.
Pracovníci RCPTM se v rámci společného projektu
s kolegy z Technické univerzity v Liberci podíleli na vývoji
metody využití nanočástic železa pro in situ sanace
kontaminovaných podzemních vod, kdy se nanoželezo
přímo zasakuje do podzemní vody a likviduje toxické
rozpustné organické i anorganické polutanty, zatímco
vznikající netoxické oxidy železa zůstávají v podzemí.
V minulosti byla hlavním problémem širší aplikace této
ekologicky šetrné technologie absence nanomateriálu
v dostatečném množství a přijatelné ceně na světovém
trhu. Vědci z RCPTM se ve spolupráci s kolegy z české
společnosti LAC, s.r.o. pustili do vývoje velkokapacitní
technologie výroby nanoželeza a jeho povrchové
stabilizace, neboť pyroforické železo při kontaktu se
vzduchem hoří. Výsledkem je patentovaná technologie
využívající termicky indukovanou reakci v pevné fázi (EP
2164656, 2013). Nanoželezo je po výrobě dále povrchově
upraveno ještě polymerní slupkou zabezpečující dobré
migrační vlastnosti při aplikaci v podzemní vodě,
čímž je redukčně-precipitační dekontaminační efekt
využíván na velkou vzdálenost. Společnost Nanoiron,
s.r.o, jež technologii využívá, je největším evropským
producentem nanoželeza, které dnes již běžně využívají
české i evropské sanační firmy k čištění podzemních vod
kontaminovaných zejména chlorovanými uhlovodíky,
arzenem a těžkými kovy. Pilotní aplikace proběhly také
v USA.
Vysokoteplotní pece a příslušenství pro práci v redukční
atmosféře umožňující velkokapacitní výrobu nanoželeza.
RYCHLÁ KONTROLA KVALITY
Často řešeným problémem v podmínkách sériové výroby je zavádění automatických vizuálních systémů (též
nazývaných systémy strojového vidění) pro kontrolu zboží a výrobků. Vykonává-li vizuální kontrolu člověk,
dochází při monotónní práci nevyhnutně k postupnému ochabnutí soustředění a následně nárůstu chybovosti.
Proto se v poslední době nabízejí a také využívají možnosti instalovat v technologických provozech systémy se
snímacími kamerami, které při napojení na řídící počítač s odpovídajícím programovým vybavením mohou řídit
manipulátory či poskytovat stavové signály technologickým systémům.
Nasazení systému na technologické lince ve společnosti Mubea, s.r.o.
a snímek barevných značek na povrchu automobilové pružiny.
30
Vědci z RCPTM se v této oblasti podíleli na návrhu,
vývoji a realizaci kontrolního kamerového zařízení na
sledování kvality nástřiku barevných značek na povrchu
automobilových pružin. Kontrola pružin probíhá na
technologické lince umístěné ve výrobní hale v pracovním
prostředí typickém pro strojírenství. Snímanými objekty
jsou barevné značky, které jsou nastříknuty na vnější povrch
automobilové pružiny. Počet značek a jejich barvy udávají
třídu pružiny, kterých může být pro každý typ několik. Celý
cyklus nasnímání a vyhodnocení obrazu pak musí být kratší
než 6 s, což je dáno taktem technologické linky. Pracovníci
RCPTM se kromě návrhu zařízení podíleli i na vlastní výrobě
včetně vývoje příslušného programového vybavení.
5
RCPTM – MEZINÁRODNÍ CENTRUM
VĚDY A VZDĚLÁVÁNÍ
Již od počátku fungování Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů se jeho vedení snaží o silnou
internacionalizaci výzkumných týmů. Špičková vědecká témata, unikátní přístrojové vybavení a ambiciózní
sociální zázemí dávají možnost zahraničním odborníkům působit v Centru na pozicích “Distinguished
Scientists”, mladým výzkumníkům žádat o pozice “Junior Researcher”, nebo přilákat české špičkové výzkumníky
k návratu do České republiky. Nejen díky podpůrným projektům RCPTM z Operačního program Vzdělávání pro
konkurenceschopnost se podařilo do výzkumných týmů zapojit celkem 25 špičkových zahraničních odborníků.
Centrum tak představuje zajímavé místo pro budování výzkumných týmů a pro start vědecké kariéry.
Významní zahraniční vědci v RCPTM
Prof. Emmanuel P. Giannelis
Prof. Virender K. Sharma
Cornell University
Jeden z 25 nejcitovanějších vědců
nanotechnologií (cca 21 000 citací, H-58)
Florida Institute of Technology
světa
v
oblasti
Ředitel centra Ferrate Excellence, držitel „Outstanding
Chemist Award“ Americké chemické společnosti
Vědecký profil: nanokompozity, nanočásticové kapaliny,
kvantové tečky, nanobiohybridy, nanohybridní membrány pro
palivové články
Vědecký profil: výzkum v oblasti železanů, nanostříbra,
environmentální
chemie
a
fotovoltaické
oxidace
znečišťujících látek
Spolupráce s RCPTM v oblasti uhlíkových kvantových teček
a jejich aplikací pro značení buněk; např.: Chemistry of
Materials, 24, 6-8, 2012.
Spolupráce s RCPTM v oblasti antimikrobiálních aplikací
nanostříbra a environmentálních aplikací; např.: Advances in
Colloid and Interface Science, 166, 119-135, 2011.
“From my first encounter with Prof. Zboril several years ago,
I realized that we share the same passion for science and for
research. These shared interests have formed the foundation
for our long standing personal friendship and inspired our
collaborative research. One of the dreams of Radek, which
he shared with me many years ago, was to establish an
interdisciplinary research center to advance the frontiers of
science and inspire and train the next generations of Czech
students. The Regional Center of advanced technologies and
materials that has emerged since is already regarded as
a premier research center in central Europe. The Center is not
only open to Czech students and researchers, but has become
a home for many international scientists. It has established
a worldwide network of collaborations tackling cutting-edge
research projects. Despite that the Center is only 3 years old
and the youth of the research team, the average age of the
researchers is less than 33, the output is very impressive with
more than 200 publications per year. Clearly the Center under
the leadership of Prof. Zboril has come a long way from his
early dream and is well positioned for many successes in the
future. I am honored to have known and worked with Radek
and be part of this inspiring and impressive Center.”
“A collaborative team of Florida Institute of Technology
and RCPTM is indulgently pursuing innovative research on
ferrate applications and synthesis and antibacterial activities
of silver nanoparticles. The focus of collaborative research
is on the mechanism of the reactions involved in performing
superior environmental remediation of contaminants (e.g.
arsenic) by ferrates. The synthesis of silver nanoparticles
by organics present naturally was demonstrated for the first
time. The collaboration has resulted in high quality results
and a team published their results in high impact journals
such as Environmental Science & Technology and Advances
in Colloid and Interface Science. This could be possible
because of unique instrumental capability of the RCPTM.
Interestingly, RCPTM continues to strengthen the capability
by obtaining state-of-the art instruments. More importantly,
the RCPTM has a pool of young researchers who are
enthusiastic to take this opportunity to generate high
quality research to accomplish the goals of the RCPTM.
This approach of the young researchers with high level of
knowledge is imperative to sustain the high quality research
growth of the RCPTM.”
31
Prof. Andrey L. Rogach
Prof. Aharon Gedanken
City University of Hong Kong, Čína
University of Tokyo, Japonsko
Bar-Ilan University, Izrael
Jeden z 10 nejcitovanějších
světa v oblasti nanokrystalů
nejcitovanějších vědců v
materiálových věd (více než
citací, H-66).
autorů
a z 50
oblasti
15 000
Uznávaný
odborník
v
oblasti
magnetických materiálů (cca 9 000
citací, H-49). Nositel prestižního
ocenění IBM a medaile Japonské
akademie věd.
Jeden ze zakladatelů sonochemie,
odborník v aplikacích kovových
nanomateriálů (téměř 18 000
citací, H-68). Držitel vyznamenání
prezidenta Izraele za vědecký přínos.
Společný
výzkum
v
oblasti
nanosystémů na bázi SnO2 a
kvantových teček, např.: Nanoscale, 5,
9101-9109, 2013.
Společný výzkum v oblasti vzácných
oxidů železa s novými magnetickými
vlastnostmi, např.: Chemistry of
Materials, 22 6483-6505, 2010.
Společný výzkum v oblasti aplikací
nanokovů a oxidů železa, např.: Journal
of Physical Chemistry B, 111, 40034018, 2007.
Prof. Vasilios Georgakilas
32
Prof. Shin-ichi Ohkoshi
Prof. Mingdong Dong
Prof. Kevin Sivula
University of Patras, Řecko
Aarhus University, Dánsko
EPFL Lausanne, Švýcarsko
Přední světový odborník v oblasti
chemie
uhlíkových nanostruktur
(více než 3500 citací, H-29).
Spoluautor
významných
prací
v Chemical Reviews nebo Journal of
the American Chemical Society.
Významný odborník v oblasti
mikroskopie
atomárních
sil.
Spoluautor
několika
prací
v nejprestižnějších
časopisech
Nature,
Nature Communications,
Nature Nanotechnology.
Nositel prestižního ocenění Prix
Zeno
Karl
Schindler.
Vedoucí
laboratoře Molecular Engineering
of
Optoelectric
Nanomaterials.
Publikace
například
v Nature
Materials, JACS, Angewandte Chemie.
Společný
výzkum
v
oblasti
funkcionalizace
grafenu,
např.:
Chemical Reviews, 112, 6156-6214,
2012.
Společný
výzkum
v
oblasti
popisu interakce grafenu s kovy a
biomolekulami, např.: ACS Nano, 7,
1646-1651, 2013.
Společný výzkum v oblasti tenkých
filmů oxidu železitého pro použití
v metodách přímého solárního štěpení
vody, např.: Journal of Materials
Chemistry, 22, 23232-23239, 2012.
Dr. Rajender S. Varma
Prof. Michael A. Karakassides
Prof. Martin Pumera
U.S. Environmental Protection Agency
University of Ioannina, Řecko
Nanyang Technological Univ. Singapur
Uznávaný
odborník
v
oblasti
environmentální chemie a katalýzy
(více než 14 000 citací, H-63). Držitel
prestižního ocenění Visionary of
the Year 2009 - Green Technology.
Odborník
v
oblasti
porézních
materiálů a jejich aplikací (cca 3000
citací), řešitel několika prestižních
NATO projektů.
Odborník v oblasti grafenu a jeho
derivátů (cca 5 700 citací, H-40).
Řešitel prestižního ERC grantu.
Společný výzkum v oblasti magneticky
separovatelných katalyzátorů.
Prof. Kevin A. Schug
Společný
výzkum
v
oblasti
hybridních silikátových a uhlíkových
nanomateriálů pro environmentální
a optické aplikace, např.: Carbon, 61,
640-643, 2013.
Dr. Athanasios B. Bourlinos
Společný
výzkum
v
oblasti
kovalentní funkcionalizace grafenu a
elektrochemických nanosenzorů.
Prof. Fabio Vianello
University of Texas Arlington, USA
University of Ioannina, Řecko
University of Padua, Itálie
Odborník v oblasti chromatografie
a hmotnostní spektrometrie. Nositel
prestižního ocenění NSF Career
Award.
Odborník v oblasti uhlíkových
nanostruktur. Publikace například
v Chemical Reviews nebo Journal of
the American Chemical Society.
Odborník v oblasti biochemie a
magnetických senzorů. Publikace
například v Cancer Research a
Biosensors & Bioelectronics.
Společný výzkum v oblasti hmotnostní
spektrometrie, např.: Anal. Chem. 85,
790-797, 2013.
Společný výzkum v oblasti uhlíkových
kvantových teček a derivátů grafenu,
např.: Journal of Materials Chemistry,
2, 23327-23330, 2012.
Společný
výzkum
v
oblasti
elektrochemických biosenzorů na
bázi magnetických nanočástic, např.:
Biosensors & Bioelectronics, 45, 13-18,
2013.
33
Nastupující generace RCPTM Regionální centrum pokročilých technologií a materiálů je místem, kde nacházejí uplatnění nejen zkušení
vědečtí pracovníci, ale také absolventi doktorských a magisterských studijních programů. Právě v mladé
generaci vědců má RCPTM širokou základnu, neboť skrze úzké propojení s několika katedrami Přírodovědecké
fakulty Univerzity Palackého garantuje řadu studijních programů v oborech fyzikální, anorganické, analytické
a materiálové chemie, aplikované fyziky, optiky a optoelektroniky či nanotechnologií. Během tří let se tak do
výzkumu RCPTM zapojily desítky studentů, z nichž někteří získali výzkumné pozice v Centru. I proto je průměrný
věk zaměstnanců velmi nízký (33 let). Také u nastupující generace vědců se vedení RCPTM snaží udržet trend
vysoké míry internacionalizace, která se projevuje v počtu zahraničních PhD studentů i počtu a kvalitě pracovníků
na pozicích post-doc. Někteří představitelé nastupující vědecké generace odpovídají na otázku: „Proč jste si
jako místo vědeckého bádání vybrali právě RCPTM?“
Dr. Jason Perman
“Why I am doing
research in Olomouc?
I began my scientific
endeavors
in
my
hometown of Tampa,
Florida at the University
of
South
Florida.
After completing my
bachelor’s degree, I
decided to continue my
education and training
to become a chemist
under the supervision
of Professor Michael
J. Zaworotko in the
Dr. rer. nat. Giorgio
Zoppellaro
fields of supramolecular, inorganic, and green chemistry.
After completing and defending my Ph.D. in chemistry in
2011, I wanted to explore other avenues of science. An
opportunity presented itself with Josef Michl at the Institute
of Organic and Biochemistry ASCR in Prague, where I
developed new skills as a post-doctoral fellow. The research
and the facilities were very high and the city of Prague is
very beautiful and full of life. This was a wonderful place to
start in Europe for both research and cultural enrichment.
Recently, I have made a big leap to join as a Junior Research
at RCPTM in Olomouc where I can work with an excellent
group of researchers and professors. RCPTM is directed by
Radek Zboril who is very supportive of many ideas I have
and the future of the center and how it can be transformed
to something great with the right group of researchers.
Currently, we have an amazing and new facility with top
of the line equipment and great collaborations’ within the
Czech Republic, Europe and abroad. “
of Mainz (2004, Germany) with research work carried out
at The Max Planck Institute for Polymer Research in Mainz
(Prof. K. Mullen Group). I covered a post-doctoral position
at the Institute of Nanotechnology (Prof. Nobel laureate
J.-M. Lehn Group) in Karlsruhe (2005-2007, Germany) and
then from 2008 I became researcher at the Department
of Biosciences, University of Oslo with a Marie-Curie FP7
IEF grant. Since 2011 I covered a senior research position
at RCPTM, a research-core institution that is well on its
way to become highly internationally recognized. In my
opinion, there are three key factors that lay the basis for
the RCPTM successful journey into the future; first key, the
vision behind its establishment, where cutting edge research
and knowledge suitable for transfer into industrial practice
are merged together, in a single research-body. Second key,
RCPTM offers a dynamic working architecture combined with
excellent infrastructures (administrative and instrumental
facilities). Third key, RCPTM embraces a highly trained pool
of scientists, people that share vibrant passion for research.
Therefore, let’s the journey begin, welcome to RCPTM.”
Předchozí působiště:
Předchozí působiště:
•
•
•
•
•
University of South Florida, USA;
Ústav organické chemie a biochemie AV ČR.
Vědecký profil:
Syntéza pokročilých organokovových materiálů, organická
chemie, reakce v pevné fázi, uhlíkové nanostruktury.
34
“I am Dr. rer. nat. Giorgio
Zoppellaro, and I received
my first Master degree
in Industrial Chemistry
from University of Milan
(1997, Italy) and a
second Master degree
in Pharmacology from
Kanazawa
University
(2000, Japan). I obtained
the Ph.D. degree in
Synthetic
Physical/
Organic
Chemistry
from
The
Johannes
Gutenberg
University
Max Planck Institute for Polymer Research, Německo;
University of Milan, Itálie; University of Oslo, Norsko;
Institute of Nanotechnology, FZK, Karlsruhe, Německo.
Vědecký profil:
Organická/anorganická sysntéza, chromatografie, kvantově
chemické výpočty, magnetické nanosystémy.
Významné publikace:
Významné publikace:
Chem. Soc. Rev. 38, 1400-1417, 2009; Angew. Chem. Int.
Ed. 47, 8460-8463; 2008; JACS 130, 1560 – 1561, 2008;
JACS 132, 12796-12799, 2010.
Nature Chem. 2, 131-137; 2010; Coord. Chem, Rev. 257,
3-26, 2013; Angew. Chem. Int. Ed. 46, 710-713, 2007; Nano
Lett. 7, 3813 – 3817, 2007.
Ing. Veronika
Urbanová, Ph.D.
“Proč jsem si vybrala
Olomouc jako své vědecké
působiště?
Po ukončení inženýrského
studia v oboru analytické
chemie na Univerzitě
Pardubice,
jsem
se
rozhodla dále pokračovat
v doktorském
studiu
na téže univerzitě a
prohloubit své znalosti
v oblasti elektrochemie.
V průběhu prvního ročníku
s předními světovými odborníky v oblasti magnetismu,
dostal jsem důvěru a zodpovědnost za vedení velkých
výzkumných projektů. Dnes aktivně udržuji 7 mezinárodních
spoluprací, které pravidelně zúročuji v publikační výstupy. Mé
osobní pocity z působení v Regionálním centru pokročilých
technologií a materiálů jsou a vždy budou spojeny s faktem,
že jsem členem jedné velké rodiny, která mne má stále čím
obohacovat.“
Mgr. Kateřina Holá
se mi podařilo získat stipendium francouzského velvyslanectví
v Praze umožňující paralelní studium doktorátu na některé
z francouzských univerzit. Po dobu 18 měsíců jsem tak měla
možnost se věnovat vědecké činnosti v dobře zavedené
elektrochemické laboratoři NSYSA profesora A. Kuhna na
Univerzitě Bordeaux 1. Po úspěšné obhajobě své disertační
práce na obou univerzitách v roce 2010 jsem se rozhodla
pokračovat ve vědecké kariéře v zahraničí a přijala jsem
pozici post-doktoranda ve skupině profesora A. Walcaria
laboratoře LCPME na Univerzitě v Nancy, kde jsem měla
možnost spolupracovat nejen s opravdovými odborníky
v oblasti elektrochemie, ale poznala jsem i interdisciplinární
spolupráci s dalšími laboratořemi v rámci evropského
projektu ERUDESP.
Po tříletém působení v této skupině nastal okamžik
zvažování budoucího pracoviště a ve stejném období
jsem se z tisku dozvěděla o nově se rozvíjejícím vědeckém
pracovišti RCPTM v Olomouci, které mě zaujalo jednak
vysokým počtem mezinárodních spoluprací a potom
také mimořádným přístrojovým vybavením, které nebývá
obvyklé ani ve velkých evropských laboratořích. Rozhodla
jsem se proto kontaktovat profesora Zbořila, jehož rychlá
a vstřícná reakce byla jen dalším důkazem o vysoké úrovni
a profesionalitě tohoto pracoviště. Nabídka vybudování
elektrochemické sekce, která do současné doby v RCPTM
nebyla, spolu se zajímavých platových ohodnocením byla
výzvou a rozhodla o mém návratu do České republiky.
Doufám, že svými zahraničními zkušenostmi a kontakty
pomohu dalšímu rozvoji RCPTM směrem ke kvalitnímu a
uznávanému vědeckému pracovišti a stejně tak doufám,
že současná pracovní pozice přispěje k rozvoji mé vědecké
kariéry tím správným směrem.“
Doc. Mgr. Jiří
Tuček, Ph.D.
“Proč jsem si vybral
RCPTM?
Již
jako
student jsem cítil, že má
profesionální kariéra bude
vždy spojena s Univerzitou
Palackého v Olomouci.
Když jsem nastupoval
v roce 2003 na doktorské
studium Aplikovaná fyzika,
dostal jsem se do kolektivu
mladých lidí, kde jsem již
od samého počátku měl
jasně vymezené postavení,
úkoly, zodpovědnosti a
kompetence. Toto mne
inspirovalo a motivovalo
k dalšímu rozvoji mého osobního vědeckého zaměření.
Velice brzy jsem pochopil, že takový přístup mi dává obrovské
profesní možnosti. Snadno jsem se dostal do kontaktu
“Jan Werich jednou
prohlásil, že se u nás
vždy
platilo
více
za muziku než za
fyziku, a proto tady
není žádný Einstein.
S rozvojem internetu
to již s muzikou není,
co bývalo, ale zato
vědě se určitě blýská
na lepší časy. Dobrým
příkladem může být
i naše centrum. Již
jako
studenti
zde
dostáváme příležitost
zapojovat
se
do
výzkumu
světové
úrovně, pracovat se špičkovými přístroji či podílet se na
psaní a řešení grantů a při tom všem mít Ph.D. studium jako
plnohodnotné zaměstnání. Velkou výhodou je i možnost
vyjet do prestižních světových laboratoří naučit se, jak to
chodí mimo český rybník. Nezbývá než dodat, že mám
štěstí, že se u mě hudební talent nikdy neprojevil.”
MSc. Eleni Petala
“It was just the period
that I had started my
PhD studies, coming
from a country that
faces
nowadays
serious
political
and
economic
problems, definetely
one of the greatest
opportunities
in
my life. Curious for
the unknown and
full of expectations
on expanding my
scientific horizons I
came to a country
and
a
scientific
center
that
my
supervisor kindly recommended in the context of significant
collaboration that was established during the last years. It
didn’t take much time and I started to feel to be a part of
this amazing scientific family. I immediately realized and
appreciated the willingness of all the members of RCPTM
to collaborate and discuss thoroughly about our work and
new ideas. Amazing leadership and management of the
institute, expertized and brilliant scientists as members and
collaborators, excellent working conditions and facilities, well
equipped laboratories, and very interesting and innovative
topics that came along here, amplified my knowledge and
experience providing me with more skills and promising
better future career.”
35
6 RCPTM V ČÍSLECH
Grantová úspěšnost
Grantová úspěšnost je vždy měřitelná poměrem mezi počtem získaných a podaných projektů. Pracovníci
Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů jsou předkladateli projektových žádostí v mnoha
oblastech základního a aplikovaného výzkumu. Výjimkou nejsou ani edukativní projekty a projekty na podporu
spolupráce s průmyslovými partnery. Procentuální úspěšnost grantové politiky Centra je vyšší než 80 procent.
V současnosti pracovníci RCPTM řeší velké a dlouholeté výzkumné projekty Grantové agentury ČR – Centra
excelence, kolaborativní projekty aplikovaného výzkumu Technologické agentury ČR – Centra kompetence,
projekty 7. rámcového programu EU a projekty Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost
na budování excelentních výzkumných týmů. Během realizační fáze Centra, tedy za poslední tři roky, Centrum
řešilo či řeší 55 projektů s úhrnnou dotací pro RCPTM ve výši cca. 520 mil. Kč.
7. rámcový program EU
FP7-Collaboration: Taking Nanotechnological Remediation
Processes from Lab Scale to End User Applications for the
Restoration of a Clean Environment; FP7-NMP 2011108
Hlavní řešitel za UP: Prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D.
www.nanorem.eu
NANOREM je čtyřletý projekt koordinovaný Univerzitou ve
Stuttgartu, kde ve společnosti 28 partnerů pracuje skupina
výzkumníků RCPTM na vývoji nových metod čištění vod na
bázi nanotechnologií a jejich transferu z laboratorního do
průmyslového měřítka.
FP7-SME:
Innovative
Green
Technology
for
Smart
Energy
Saving
on
Existing
Residential
Buildings
with
Centralized
Heating/Cooling
Generators;
FP7-INFRASTRUCTURES
315025
Hlavní řešitel za UP: Mgr. Pavel Tuček, Ph.D.
Projekt spojuje kapacity tří akademických a šesti
průmyslových subjektů za účelem vývoje a implementace
ekologicky šetrných nanotechnologií a biotechnologií
použitelných pro čištění a úpravu širokého spektra vod včetně
podzemních, pitných, odpadních a povrchových, s možností
odstranění organického, anorganického i mikrobiálního
znečištění.
Grantová agentura
České republiky
Centrum excelence: Řízení struktury a funkce
biomolekul
na
molekulové
úrovni:
souhra
teorie
a
experimentu;
P208/12/G016.
Hlavní řešitel: Prof. Ing. Pavel Hobza, Dr.Sc., spoluřešitel:
Prof. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D.
Projekt se zabývá novou metodologií řízení struktury a funkce
biologických systémů na molekulové úrovni. Metodologie je
založena na vývoji experimentálních a výpočetních metod
pro kvantitativní popis nekovalentních interakcí ve velkých
molekulových systémech. Tento mezioborový přístup
vyžaduje propojení mezi výpočetní chemií, medicinální
chemií, biochemií, organickou chemií a strukturální biologií.
www.ecothermoproject.com
ECOTHERMO je tříletý projekt koordinovaný soukromou
firmou Ingenia srl. v Itálii. V rámci projektu, do kterého je
zapojeno 8 partnerů, pracovníci RCPTM pracují na vývoji
nových technologií pro úsporné vytápění budov.
Technologická agentura
České republiky
Centrum kompetence: Ekologicky šetrné nanotechnologie
a biotechnologie pro čištění vod a půd; TACR TE01020218.
Hlavní řešitel projektu: Prof. RNDr. Radek Zbořil, Ph.D.
www.nanobiowat.com
36
Centrum excelence: Centrum interakcí potravních
doplňků s léčivy a nutrigenetiky; P303/12/G163.
Spoluřešitel: prof. RNDr. Zdeněk Dvořák, Ph.D.
Projekt studuje interakce vybraných skupin rostlinných
látek obsažených v doplňcích stravy s nejdůležitějšími
biotransformačními enzymy, transportéry a nukleárními
receptory s ohledem na jejich potencionální klinicky
významné interakce s léčivy. Dále jsou v rámci projektu
charakterizovány farmakologické a toxikologické vlastnosti
vybraných látek přírodního původu a jejich metabolitů a
studován vliv genetické predispozice na kinetiku a nežádoucí
účinky těchto látek.
Vybrané publikace a patenty
Publikace jsou výkladní skříní každého špičkového vědeckého centra. Jejich počet, kvalita a složení
autorského týmu často vypovídají mnohé o výzkumu realizovaném v Centru i o důležitosti mezinárodní
spolupráce. Níže tedy seznam vybraných publikací RCPTM s impaktním faktorem vyšším než 5. Současně
je přiložen i seznam udělených patentů.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
V. Georgakilas, M. Otyepka, A.B. Bourlinos, V. Chandra, N. Kim, K.C. Kemp, P. Hobza, R. Zboril, K.S. Kim: „Functionalization of Graphene:
Covalent and Non-Covalent Approaches, Derivatives and Applications“, Chem. Rev. 112, 6156-6214 (2012). IF=41,30
P.Hobza: „Calculations on Noncovalent Interactions and Databases of Benchmark Interaction energie“, Acc. Chem. Res. 45, 663–672
(2012). IF=20,83
K.E. Riley, P. Hobza: „On the Importance and Origin of Aromatic Interactions in Chemistry and Biodisciplines“, Acc. Chem. Res. 46,
927-936 (2013). IF=20,83
P. Lazar, S. Zhang, K. Safarova, Q. Li, J.P. Froning, J. Granatier, P. Hobza, R. Zboril, F. Besenbacher, M. Dong, M. Otyepka: „Quantification
of the Interaction Forces between Metals and Graphene by Quantum Chemical Calculations and Dynamic Force Measurements under
Ambient Conditions“, ACS Nano 7, 1646-1651 (2013). IF=12,06
F. Karlicky, K.K.R. Datta, M. Otyepka, R. Zboril: „Halogenated Graphenes: Rapidly Growing Family of Graphene Derivatives“, ACS Nano
7, 6434-6464 (2013). IF = 12.06
T. Zeleny, M. Ruckenbauer, A.J.A. Aquino, T. Muller, F. Lankas, T. Drsata, W.L. Hase, D. Nachtigallova, H. Lischka: „Strikingly Different
Effects of Hydrogen Bonding on the Photodynamics of Individual Nucleobases in DNA: Comparison of Guanine and Cytosine“, J. Am.
Chem. Soc. 134, 13662-13669 (2012). IF=10,68
P. Lazar, F. Karlicky, P. Jurecka, M. Kocman, E. Otyepkova, K. Safarova, M. Otyepka: „Adsorption of Small Organic Molecules on
Graphene“, J. Am. Chem. Soc. 135, 6372-6377 (2013). IF=10,68
K. Berka, O. Hanak, D. Sehnal, P. Banas, V. Navratilova, D. Jaiswal, C.M. Ionescu, R. Svobodova-Varekova, J. Koca, M. Otyepka:
„MOLEonline 2.0: Interactive Web-based Analysis of Biomacromolecular Channels“, Nuc. Acids. Res. 40, W222 (2012). IF=8,28
L. Machala, J. Tucek, R. Zboril: „Polymorphous Transformations of Nanometric Iron(III) Oxide: A Review“, Chem. Mater. 23, 3255-3272
(2011). IF=8,24
A. B. Bourlinos, R. Zboril, J. Petr, A. Bakandritsos, M. Krysmann, E. P. Giannelis: „Luminescent Surface Quaternized Carbon Dots“, Chem.
Mater. 24, 6−8 (2012). IF=8,24
K. Lemr, A. Cernoch, J. Soubusta, K. Kieling, J. Eisert, M. Dusek: „Experimental Implementation of the Optimal Linear-Optical Controlled
Phase Gate“, Phys. Rev. Lett. 106, 013602 (2011). IF=7,94
K. Bartkiewicz, K. Lemr, A. Cernoch, J. Soubusta, A. Miranowicz: „Experimental Eavesdropping Based on Optimal Quantum
Cloning“, Phys. Rev. Lett. 110, 173601 (2013). IF=7,94
R. Zboril, F. Karlicky, A. B. Bourlinos, T. A. Steriotis, A. K. Stubos, V. Georgakilas, K. Safarova, D. Jancik, C. Trapalis, M. Otyepka:
„Graphene Fluoride: A Stable Stoichiometric Graphene Derivative and its Chemical Conversion to Graphene“, Small 6, 2885-2891
(2010). IF=7,82
A. Bakandritsos, A. Papagiannopoulos, E. N. Anagnostou, K. Avgoustakis, R. Zboril, S. Pispas, J. Tucek, V. Ryukhtin, N. Bouropoulos,
A. Kolokithas-Ntoukas, T. A. Steriotis, U. Keiderling, F. Winnefeld: „Merging High Doxorubicin Loading with Pronounced Magnetic
Response and Bio-RepellentPproperties in Hybrid Drug Nanocarriers“, Small 8, 2381-2393 (2012). IF=7,82
R. Prucek, J. Tucek, M. Kilianova, A. Panacek, L. Kvitek, J. Filip, M. Kolar, K. Tomankova, R. Zboril: „The Targeted Antibacterial and
Antifungal Pproperties of Magnetic Nanocomposite of Iron Oxide and Silver Nanoparticles“, Biomaterials 32, 4704-4713 (2011).
IF=7,60
Z. Markova, K. Siskova, J. Filip, K. Safarova, R. Prucek, A. Panacek, M. Kolar and R. Zboril: „Chitosan-Based Synthesis of MagneticallyDriven Nanocomposites with Biogenic Magnetite Core, Controlled Silver Size, and High Antimicrobial Activity“, Green Chemistry 14,
2550-8 (2012). IF=6,83
D. Maity, G. Zoppellaro,V. Sedenkova, J. Tucek, K. Safarova, K. Polakova, K. Tomankova, R. Stollberger, C. Diwoky, L. Machala, R. Zboril:
„Surface Design of Core–Shell Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles Drives Record Relaxivity Values in Functional MRI
Contrast Agents“, Chem. Commun. 48, 11398-11400 (2012). IF=6,38
J. Petr, V. Maier: „Analysis of Microorganisms by Capillary Electrophoresis”, Trends Anal. Chem. 31, 9–22 (2012). IF=6,35
H. Wang, L. Xi, J. Tucek, Y. Zhan, F. Tak Hung, V. Stephen, R. Zboril, C. Y. Chung, A. L. Rogach: „Hierarchical Assembly of Ti(IV)/Sn(II)
Co-doped SnO2 Nanosheets Along Sacrificial Titanate Nanowires: Synthesis, Characterization and Electrochemical Properties“,
Nanoscale 5, 9101-9109 (2013), IF=6,23
P. Dallas, V. K. Sharma, R. Zboril: „Silver Polymeric Nanocomposites as Advanced Antimicrobial Agents: Classification, Synthetic Paths,
Applications, and Perspectives“, Adv. Colloid Interface Sci. 166, 119-135 (2011). IF=6,17
Z. Markova, A.B. Bourlinos, K. Safarova, K. Polakova, J. Tucek, I. Medrik, K. Siskova, J. Petr, M. Krysmann, E.P. Gianellis, R. Zboril,
„Synthesis and Properties of Core–Shell Fluorescent Hybrids with Distinct Morphologies Based on Carbon Dots“, J. Mater. Chem. 22,
16219-16223 (2012). IF= 6.11
R. Prucek, A. Panacek, J. Soukupova, R. Novotny, L. Kvitek: „Reproducible Synthesis of Silver Colloidal Particles Tailored for Application
in Near-Infrared Surface-Enhanced Raman Spectroscopy”, J. Mat. Chem. 21, 6416-6420 (2011). IF=5,97
A.B. Bourlinos, A. Bakandritsos, A. Kouloumpis, D. Gournis, M. Krysmann, E.P. Giannelis, K. Polakova, K. Safarova, K. Hola, R. Zboril:
„Gd(III)-doped carbon dots as a dual ﬂuorescent-MRI probe“, J. Mater. Chem. 22, 23327-23330 (2012). IF=5,97
J. Frydrych, L. Machala, J. Tucek, K. Siskova, J. Filip, J. Pechousek, K. Safarova, M. Vondracek, J. Seo, O. Schneeweiss, M. Gratzel,
K. Sivula, R. Zboril: „Facile Fabrication of Tin-Doped Hematite Photoelectrodes: Effect of Doping on Magnetic Properties and
Performance for Light-Induced Water Splitting“, J. Mater. Chem. 22, 23232-23239 (2012). IF=5,97
A. B. Bourlinos, K. Safarova, K. Siskova, R. Zboril: „The Production of Chemically Converted Graphenes from Graphite Fluoride“,
Carbon 50, 1425-1428 (2011). IF=5,87
A. B. Bourlinos, M. A. Karakassides, A. Kouloumpis, D. Gournis, A. Bakandritsos, I. Papagiannouli, P. Aloukos, S. Couris, K. Hola, R.
Zboril, M. Krysmann, E. P. Giannelis: “Synthesis, Characterization and Non-Linear Optical Response of Organophilic Carbon Dots”,
Carbon 61, 640-649 (2013). IF=5,87
J. Filip, R. A. Yngard, K. Siskova, Z. Marusak, V. Ettler, P. Sajdl, V. K. Sharma, R. Zboril: „Mechanisms and Efficiency of the Simultaneous
Removal of Metals and Cyanides by Using Ferrate(VI): Crucial Roles of Nanocrystalline Iron(III) Oxyhydroxides and Metal Carbonates“, Chem. Eur. J. 17, 10097-10105 (2011). IF=5,83
V. Georgakilas, A. Kouloumpis, D. Gournis, A. Bourlinos, C. Trapalis, R. Zboril: „Tuning the Dispersibility of Carbon Nanostructures from
Organophilic to Hydrophilic: Towards the Preparation of New Multipurpose Carbon-Based Hybrids”, Chem.-Eur. J. 38, 12884-12891
(2013). IF=5.83
37
29. A. Pribylka, A.V. Almeida, M.O. Altmeyer, J. Petr, J. Sevcik, A. Manz, P. Neuzil: „Fast Spore Breaking by Superheating“, Lab on a Chip 13, 1695-1698 (2013). IF=5,70
30. V. Havlicek, K. Lemr, K.A. Schul: „Current Trends in Microbial Diagnostics Based on Mass Spektrometry“, Anal. Chem. 85, 790-797
(2013). IF=5,70
31. Z. Travnicek, P. Starha, J. Vanco, T. Silha, J. Hosek, P. Suchy Jr., G. Prazanova: „Anti-inﬂammatory Active Gold(I) Complexes Involving
6-Substituted-Purine Derivatives“, J. Med. Chem. 55, 4568-4579 (2012). IF=5,61
32. J. Vrba, R. Gazak, M. Kuzma, B. Papouskova, J. Vacek, M. Weiszenstein, V. Kren, J. Ulrichova: „A Novel Semisynthetic Flavonoid
7‑O‑Galloyltaxifolin Upregulates Heme Oxygenase‑1 in RAW264.7 Cells via MAPK/Nrf2 Pathway“, J. Med. Chem. 56, 856-866
(2013). IF=5,61
33. T. Gucky, R. Jorda, M. Zatloukal, V. Bazgier, K. Berka, E. Reznickova, T. Beres, M. Strnad, V. Krystof: „A Novel Series of Highly Potent
2,6,9-Trisubstituted Purine Cyclin-Dependent Kinase Inhibitors“, J. Med. Chem. 56, 6234-6247 (2013). IF=5,61
34. D. Baratella, M. Magro, G. Sinigaglia, R. Zboril, G. Salviulo, F. Vianello: „A Glucose Biosensor Based on Surface Active Maghemite
Nanoparticles“. Biosens. Bioelectron 45, 13-18 (2013). IF=5,44
35. J. Rezac, K. E. Riley, P. Hobza: „Extensions of the S66 Data Set: More Accurate Interaction Energies and Angular-Displaced
Nonequilibrium Geometries“, J. Chem. Theory Comput. 7, 3466-3470 (2011). IF=5,39
36. J. Granatier, P. Lazar, M. Otyepka, P. Hobza: „The Nature of the Binding of Au, Ag, and Pd to Benzene, Coronene, and Graphene:
From Benchmark CCSD(T) Calculations to Plane-Wave DFT Calculations“, J. Chem. Theory Comput. 7, 3743–3755 (2011). IF=5,39
37. F. Karlicky, M. Otyepka: „The First Step in the Reaction of Zerovalent Iron with Water“, J. Chem. Theory Comput. 7, 2876-2885
(2011). IF=5,39
38. M. Zgarbova, M. Otyepka, J. Sponer, A. Mladek, P. Banas, T. E. Cheatham, P. Jurecka: „Refinement of the Cornell et al. Nucleic Acids
Force Field based on Reference Quantum Chemical Calculations of Glycosidic Torsion Profiles“, J. Chem. Theory Comput. 7, 28862902 (2011). IF=5,39
39. P. Sklenovsky, P. Florova, P. Banas, K. Reblova, F. Lankas, M. Otyepka, J. Sponer: „Understanding RNA Flexibility Using Explicit Solvent
Simulations: The Ribosomal and Group I Intron Reverse Kink-Turn Motifs“, J. Chem. Theory Comput. 7, 2963-2980 (2011). IF=5,39
40. J. Rezac, K. E. Riley, P. Hobza: „S66: A Well-balanced Database of Benchmark Interaction Energies Relevant to Biomolecular
Structures“, J. Chem. Theory Comput. 7, 2427-2438 (2011), IF=5,39
41. P. Banas, D. Hollas, M. Zgarbova, P. Jurecka, M. Orozco, T. Cheatham, J. Sponer, M. Otyepka: „Performance of Molecular Mechanics
Force Fields for RNA Simulations. Stability of UUCG and GNRA hairpins”, J. Chem. Theor. Comput. 6, 3836-3849, 2010. IF=5,39
42. J. Rezac, K.E. Riley, P. Hobza: „Benchmark Calculations of Noncovalent Interactions of Halogenated Molecules“, J. Chem. Theory
Comput. 8, 4285-4292 (2012). IF=5,39
43. M. Zgarbova, F.J. Luque, J. Sponer, M. Otyepka, P. Jurecka: „A Novel Approach for Deriving Force Field Torsion Angle Parameters
Accounting for Conformation-Dependent Solvation Effects“, J. Chem. Theory Comput. 8, 3232-3242, (2012). IF=5,39
44. P. Banas, A. Mladek, M. Otyepka, M. Zgarbova, P. Jurecka, D. Svozil, F. Lankas, J. Sponer: „Can we accurately describe the structure of
adenine tracts in B-DNA? Reference quantum-chemical computations reveal overstabilization of stacking by molecular mechanics“, J. Chem. Theory Comput. 8, 2448-2460 (2012). IF=5,39
45. M. Krepl, M. Zgarbova, P. Stadlbauer, M. Otyepka, P. Banas, J. Koca, T.E. Cheatham, P. Jurecka, J. Sponer: „Reference simulations of
noncanonical nucleic acids with different chi variants of the AMBER force field: quadruplex DNA, quadruplex RNA and Z-DNA“, J.
Chem. Theory Comput. 8, 2506-2520 (2012). IF=5,39
46. M. Paloncyova, K. Berka, M. Otyepka: „Convergence of Free Energy Profile of Coumarin in Lipid Bilayer“, J. Chem. Theory Comput. 8,
1200-1211 (2012). IF=5,39
47. M. Kolar, P. Hobza: „On Extension of the Current Biomolecular Empirical Force Field for the Description of Halogen Bonds“, J. Chem.
Theory Comput. 8, 1325-1333 (2012). IF=5,39
48. J. Rezac, P. Hobza: „Advanced Corrections of Hydrogen Bonding and Dispersion for Semiempirical Quantum Mechanical Methods“, J. Chem. Theory Comput. 8, 141–151 (2012). IF=5,39
49. J. Rezac, P. Hobza: „Describing Noncovalent Interactions beyond the Common Approximations: How Accurate Is the “Gold
Standard,” CCSD(T) at the Complete Basis Set Limit?“ , J. Chem. Theory Comput. 9, 2151-2155 (2013). IF=5,39
50. M. Zgarbova, F. Luque, J. Sponer, T.E. Cheatham, M. Otyepka, P. Jurecka: „Toward Improved Description of DNA Backbone: Revisiting
Epsilon and Zeta Torsion Force Field Parameters“, J. Chem. Theory Comput. 9, 2339-2354 (2013). IF=5,39
51. P. Kuhrova, P. Banas, R.B. Best, J. Sponer, M. Otyepka: „Computer folding of RNA tetraloops? Are we there yet?“, J. Chem. Theory
Comput. 9, 2115-2125 (2013). IF=5,39
52. J. Granatier, M. Dubecky, P. Lazar, M. Otyepka, P. Hobza: „Spin-Crossing in an Organometallic Pt-Benzene Complex“, J. Chem. Theory
Comput. 9, 1461-1468 (2013). IF=5,39
53. J. Rezac, L. Simova, P. Hobza: „CCSD[T] Describes Noncovalent Interactions Better than the CCSD Better than the CCSD(T), CCSD(TQ),
and CCSDT Methods“, J. Chem. Theory Comput. 9, 346-369 (2013). IF=5,39
54. A. Panacek, R. Prucek, D. Safarova, M. Dittrich, J. Richtrova, K. Benickova, R. Zboril, L. Kvitek: „Acute and Chronic Toxicity Effects of
Silver Nanoparticles (NPs) on Drosophila melanogaster”, Environ. Sci. Technol. 45, 4974-4979 (2011). IF=5,26
55. B. Marsalek, D. Jancula, E. Marsalkova, M. Mashlan, K. Safarova, J. Tucek, R. Zboril: „Multimodal Action and Selective Toxicity of
Zerovalent Iron Nanoparticles against Cyanobacteria“, Environ. Sci. Technol. 46, 2316-2323 (2012). IF=5,26
56. Z. Markova, K. Machalova Siskova, J. Filip, J. Cuda, M. Kolar, K. Safarova, I. Medrik, R. Zboril: „Air Stable Magnetic Bimetallic Fe-Ag
Nanoparticles for Advanced Antimicrobial Treatment and Phosphorus Removal“, Environ. Sci. Technol. 47, 5285-5293 (2013). IF=5,26
38
57. R. Prucek, J. Tucek, J. Kolarik, J. Filip, Z. Marusak, V.K. Sharma, R. Zboril: „Ferrate(VI)-Induced Arsenite and Arsenate Removal by In
Situ Structural Incorporation into Magnetic Iron(III) Oxide Nanoparticles“, Environ. Sci. Technol. 47, 3283–3292 (2013). IF=5,26
58. N.F. Adegboyega, V.K. Sharma, K. Siskova, R. Zboril, M. Sohn, B.J. Schultz, S. Banerjee: „Interactions of Aqueous Ag+ with Fulvic
Acids: Mechanisms of Silver Nanoparticle Formation and Investigation of Stability“, Environ. Sci. Technol. 47, 757-764 (2013). IF=5,26
59. M. Magro, G. Sinigaglia , L. Nodari, J. Tucek, K. Polakova, Z. Marusak, S. Cardillo, G. Salviulo, U. Russo, R. Stevanato, R. Zboril, F.
Vianello: „Charge binding of rhodamine derivative to OH- stabilized nanomaghemite: Universal nanocarrier for construction of
magnetofluorescent biosensors“, Acta Biomaterialia 8, 2068–2076 (2012). IF=5,09
60. S. Krajewski, R. Prucek, A. Panacek, M. Avci-Adali, A. Nolte, A. Straub, R. Zboril, H. P. Wendel, L. Kvitek: „Hemocompatibility
evaluation of different silver nanoparticle concentrations employing a modified Chandler-loop in vitro assai on human blood“, Acta
Biomaterialia 9, 7460–7468 (2013). IF=5,09
Nejvýznamnější publikace v rámci kolaborací
ATLAS-CERN a Pierre Auger Collaboration:
1.
ATLAS Collaboration: „A Particle Consistent with the Higgs Boson Observed with the ATLAS Detector at the Large Hadron Collider“,
Science 338, 1576-1582 (2012). IF=31,03
2. Pierre Auger Collaboration: „Large-Scale Distribution of Arrival Directions of cosmic Rays detected above 10(18) eV at The Pierre
Auger Observatory”, Astrophysical Journal Supplement Series 203, 34, (2012). IF=16,24
3. ATLAS Collaboration: „Measurement of the Inelastic Proton-Proton Cross-Section at Root s=7 TeV with the ATLAS detector“, Nature
Commun. 2, 463 (2011). IF=10,02
4. ATLAS Collaboration: „Search for the Higgs Boson in the H -> WW -> l nu jj Decay Channel in pp Collisions at root s=7 TeV with the
ATLAS Detector”, Phys. Rev. Lett. 107, 231801 (2011). IF=7,94
5. ATLAS Collaboration: „ Search for a Standard Model Higgs Boson in the H -> ZZ -> l(+)l(-)v(v)over-bar Decay Channel with the ATLAS
Detector”, Phys. Rev. Lett.107, 221802 (2011). IF=7,94
6. ATLAS Collaboration: „Search for a Heavy Particle Decaying into an Electron and a Muon with the ATLAS Detector in root s=7 TeV pp
Collisions at the LHC. Phys. Rev. Lett. 106, 251801 (2011). IF=7,94
7. ATLAS Collaboration: „Search for Magnetic Monopoles in √s = 7 TeV pp Collisions with the ATLAS Detector”, Phys. Rev. Lett. 109,
261803 (2012). IF=7,94
8. Pierre Auger Collaboration: „Measurement of the Proton-Air Cross Section at root s=57 TeV with the Pierre Auger Observatory“, Phys.
Rev. Lett. 109, 062002 (2012). IF=7,94
9. ATLAS Collaboration: „Search for Dark Matter Candidates and Large Extra Dimensions in Events with a Photon and Missing Transverse
Momentum in pp Collision Data at root at root s=7 TeV with the ATLAS Detector”, Phys. Rev. Lett. 110, 011802 (2013). IF=7,94
10. ATLAS Collaboration: „Search for New Phenomena in t(t)overbar Events with Large Missing Transverse Momentum in Proton-Proton
Collisions at root s=7 TeV with the ATLAS Detector“, Phys. Rev. Lett. 108, 041805 (2012). IF=7,94
Patenty
•
•
•
•
•
•
•
•
•
The method of synthesis of the iron nanopowder with the protective oxidic coat from natural and synthetic nanopowdered
iron oxides and oxyhydroxides.
Původci: R. Zbořil, O. Schneeweiss, J. Filip, M. Mašláň: (EP2164656)
Univerzální metoda imobilizace nanočástic stříbra na pevné substráty použitím polyethyleniminu s větvenou strukturou
jako adhesivní vrstvy a redukčního činidla.
Původci: R. Zbořil, J. Soukupová: (CZ2012000068)
Použití komplexů mědi obsahujících 2-fenyl-3-hydroxychinolin-4(1H)-on a deriváty 1,10-fenanthrolinu pro přípravu léčiv
pro léčbu nádorových onemocnění.
Původci: Z. Trávníček, J. Vančo, R. Buchtík, Z. Dvořák: (CZ 304045).
Komplexy zlata s deriváty N6-benzyladeninu a deriváty fosfanu, způsob jejich přípravy a použití těchto komplexů jako léčiv
v protizánětlivé terapii.
Původci: Z. Trávníček, J. Vančo, I. Popa, T. Šilha: (CZ 303649). Použití dichlorido komplexů platiny s halogenderiváty 7-azaindolu pro přípravu léčiv pro léčbu nádorových onemocnění. Původci: Z. Trávníček, P. Štarha, Z. Dvořák: (CZ 303560)
Dichlorido komplexy platiny s halogenderiváty 7-azaindolu, způsob jejich přípravy a použití těchto komplexů jako léčiv
v protinádorové terapii. Původci: Z. Trávníček, P. Štarha, I. Popa: (CZ 303417).
Komplexy mědi s deriváty 2-fenyl-3-hydroxychinolin-4(1H)-onu, způsob jejich přípravy a použití těchto komplexů jako léčiv
v protinádorové terapii. Původci: R. Buchtík, Z. Dvořák, Z. Trávníček, J. Vančo: (CZ 303009).
Oxalátokomplexy platiny s deriváty N6-benzyladeninu, způsob jejich přípravy a použití těchto komplexů jako léčiv v
protinádorové terapii.
Původci: P. Štarha, Z. Trávníček, I. Popa: (CZ 302623).
Cyklobutan-1,1-dikarboxylátokomplexy platiny s deriváty N6-benzyladeninu, způsob jejich přípravy a použití těchto
komplexů jako léčiv v protinádorové terapii. Původci: Z. Dvořák, Z. Trávníček, I. Popa: (CZ 302618).
39
Ocenění
Cenu ministra školství, mládeže a
tělovýchovy za mimořádné výsledky
ve výzkumu, experimentálním vývoji
a inovacích obdržel za rok 2011 prof.
Radek Zbořil.
Prof. Radek Zbořil obdržel Cenu
ministra
školství,
mládeže
a
tělovýchovy za mimořádné výsledky
ve výzkumu, experimentálním vývoji
a inovacích za rok 2011. Z rukou
ministra ji převzal 10. listopadu 2011
v Malém zrcadlovém sále MŠMT.
„Mám z tohoto ocenění radost.
Cítím, že je především za odvahu
pustit se do velmi nákladného a
multidisciplinárního výzkumu v oblasti
nanotechnologií,
který
vyžaduje
propojení vědců z nejrůznějších oborů.
Myslím, že se mi takový tým podařilo
v Olomouci vybudovat, že se mi
podařilo nadchnout ho pro studium
objektů, jejichž chování nás každodenně
překvapuje. Měl jsem štěstí nejen
na lidi, ale v jisté etapě i na témata,
která jsem zvolil jako preferenční pro
další výzkum – nanoželezo, uhlíkové
nanostruktury, nanostříbro. Právě tyto
materiály dnes tvoří základ výzkumu
v Regionálním centru pokročilých
technologií a materiálů a ročně
přináší desítky publikací, grantů i
smluvních spoluprací. Upřímně tedy
Cenu ministra vnímám jako ocenění
schopnosti vybudovat silný vědecký
tým, dát mu finanční zázemí a témata,
která mohou přinést přelomové
výsledky.“ Prestižní cenu Galilea Galileiho
jako ocenění vědecké práce od
Mezinárodní komise pro optiku
obdržel prof. Jan Peřina.
40
Prof. Jan Peřina byl poctěn prestižní
Cenou Galilea Galileiho Mezinárodní
komise pro optiku (International
Commission for Optics, ICO). Výbor ICO
pro udělování ceny Galilea Galileiho
ocenil Jana Peřinu touto cenou za
rok 2011 za jeho „významné výsledky
na poli kvantové optiky a koherence
týkající se neklasických stavů, které
byly získány za obtížných okolností“.
Výbor považuje za pozoruhodné, jak
mohl takový objem práce vykonat
za tak obtížných podmínek, které
existovaly v Československu v době
jeho vrcholové tvůrčí činnosti.
Ocenění
za
nejlepší
poster
prestižní
konference
ISIAME
2012 (International Symposium
on the Industrial Applications of
the Mössbauer Effect) si dovezl Dr.
Jiří Tuček.
Cenu SIEMENS pro rok 2012 za
nejlepší disertační práci obdrželi
Karel Lemr jako autor práce a Jan
Soubusta jako školitel.
ISIAME je jedno z největších
mezinárodních setkání odborníků
v oblasti Mössbauerovy spektroskopie.
Dr.
Tuček
zde
prezentoval
problematiku
charakterizace
a
aplikačního
potenciálu
oxidů
železa
pohledem
Mössbauerovy
spektroskopie.
Výsledky
posteru
shrnují tříletý výzkum v dané oblasti.
V kategorii nejlepší disertační práce
byli za rok 2012 Cenou Siemens
oceněni pracovníci Karel Lemr (autor
disertační práce) a Jan Soubusta
( jeho školitel). Oceněná práce
s názvem Experimentální kvantové
zpracování informace s fotonovými
páry shrnuje výzkum prováděný a
publikovaný během uplynulých čtyř
let. Společným jmenovatelem všech
v práci popisovaných experimentů
je využití dvojic fotonů pro kvantové
zpracování informace. Cena Siemens
je udělována každoročně v několika
kategoriích od základního výzkumu,
přes aplikovaný výzkum až po ocenění
pedagogické činnosti.
Stejné
ocenění
za
nejlepší
prezentovaný poster si z mezinárodní
konference ISTCP 2013 (Congress
of the International Society of
Theoretical
Chemical
Physics)
v Budapešti přivezl Dr. František
Karlický.
Před několika stovkami odborníků
z celého světa na něm prezentoval
problematiku nekovalentních interakcí
mezi grafenem a různými molekulami
a atomy. „Poster vycházel z výsledků,
které byly již dříve publikovány také
v několika prestižních mezinárodních
časopisech.
Kromě
modelů
grafenu poster obsahoval také
informace o interakcích, použitých
experimentálních
metodách
pro
měření atomárních sil a adsorpčních
energií či porovnání teorie s výsledky
experimentů.” Grafen ve vědeckém
světě patří v současné době
k nejstudovanějším materiálům. Jeho
objev je spojen s udělením Nobelovy
ceny za fyziku v roce 2010.
SLOVO NA ZÁVĚR
„Úspěšný vědecký výzkum může vzniknout
pouze kolem vědeckých osobností. A ty je nutno
všemožně podporovat a vytvářet pro ně příznivé
badatelské podmínky.”
Za svou krátkou existenci již ústav, který je znám především
pod zkratkou RCPTM, dosáhl obstojného mezinárodního
renomé. Dokonce již takového, za něž by se nemusely
stydět ani existující zavedené vědecké instituce. Proto se
zdá, že ho čeká i skvělá budoucnost, což mu nelze než
vřele přát. Nicméně je třeba si hned uvědomit, že budoucí
úspěchy anebo naopak neúspěchy (a tedy i to, zda se
RCPTM zařadí mezi světovou špičku anebo nikoli) závisejí
na několika základních strategických rozhodnutích.
Hovořit o tom, že na správných nebo chybných rozhodnutích
záleží budoucí úspěchy, se pochopitelně zdá být vcelku
triviální. Nicméně v dnešní době to má zvláštní naléhavost.
Dnešní svět je totiž vysoce globalizovaný, což bezesporu
vede k nebývalému vědeckému a technologickému
pokroku.
Nicméně jednou z odvrácených stran globalizace je dosud
nevídaná konkurence, která je sice podmínkou vědeckotechnologického pokroku, nicméně okamžitě a nemilosrdně
ztrestá každé chybné rozhodnutí. Vzpomeňme si jen na to,
jak dopadl finský výrobce mobilních telefonů, který ještě
před pár lety víceméně monopolně ovládal trh s mobilními
telefony. Za pádem Nokie nestojí nic jiného než chybné
strategické rozhodnutí týkající se tzv. chytrých telefonů.
Dnes má mnoho z nás spíš iPhone od americké firmy
Apple, která ovládla tento trh, a která je v současnosti
největší firmou na světě. Je ovšem otázkou, zda si i ona
bude schopná udržet své postavení bez geniálních a
vizionářských rozhodnutí svého zakladatele Steva Jobse.
Tento exkurz do světa globalizace byl nezbytný, abychom si
uvědomili důležitost strategických rozhodnutí. Rozhodnutí
týkající se RCPTM jsou pochopitelně plně v rukou jejího
vedení a zejména ředitele. A z dosavadních výsledků
je víc než zřejmé, že jsou činěna nanejvýš prozíravě
a kompetentně. Přesto bych si dovolil dát novému ústavu
několik doporučení. Nejedná se přitom o něco, co by
vedení RCPTM nedělalo anebo dokonce nevědělo. Jedná
se spíš o podporu a uznání současného směřování.
Uvědomíme-li si, že největší objevy v české vědě za
posledních 50 let vycházely především z mimořádně
kvalitního základního výzkumu ( jedná se o Wichterleho
kontaktní čočky a Holého antivirální léky), pak nelze
než doufat, že RCPTM nepodlehne současným módním
trendům a nebude se věnovat pouze aplikovanému
výzkumu, nýbrž naváže na nejlepší tradici české vědy
a bude mít kvalitní základní výzkum. Bez kvalitního, ba
excelentního základního výzkumu nelze totiž provozovat
ani úspěšný aplikovaný výzkum.
Úspěšný vědecký výzkum může vzniknout pouze kolem
vědeckých osobností. A ty je nutno všemožně podporovat a
vytvářet pro ně příznivé badatelské podmínky. A to nejenom
finanční a ekonomické, nýbrž je třeba rovněž vytvářet
přátelské a stimulující prostředí, v němž jedině se daří
plodným myšlenkám a nápadům, jejich výměně a kultivaci.
Zdravá soutěživost a konkurence vědě sice prospívá, avšak
závist, nepřejícnost, sobeckost a bezohlednost ji ničí.
RCPTM dostalo do vínku skvělé startovací podmínky,
nicméně stojí před nelehkými úkoly. Pokud učiní správná
rozhodnutí (a zatím vše nasvědčuje tomu, že se mu to daří),
pak význam tohoto Regionálního centra může dosáhnout
evropské i světové úrovně.
V Praze 28. září 2013
Prof. Ing. Pavel Hobza, Dr.Sc., FRSC, dr.h.c.
41
© 2013 | Regionální centrum pokročilých technologií a materiálů

regionální centrum pokročilých technologií a materiálů

Transkript

Podobné dokumenty

regionální centrum pokročilých technologií a materiálů

Czech-Austrian workshop

R. Zbořil et al.

Uhlík

Výzkumné oddělení optických a fotonických technologií

Jan Petr Birth Date - Katedra analytické chemie

Slajdy k přednášce

zde - nanocon 2013

Vliv LCO na rychlost hydrodesulfurizace a deaktivace

projektový management na vysokých školách

Bluegrassové listy - Bluegrassová asociace ČR

Výzkumné oddělení optických a fotonických technologií

SQUID magnetometrie

Brokerage 4 innovations

REAKČNÍ AUTOKLÁV