Mezinárodní tým vědců z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) Univerzity Palackého a City University v Hongkongu se zaměřuje na výzkum uhlíkových kvantových teček, nanočástic mědi nebo takzvaných anorganicko-organických perovskitů.
To vše jsou malé objekty hmoty o velikosti tisícin mikrometrů (jeden mikrometr je jedna miliontina metru pozn. autora), které vyzařují světlo různé barvy v závislosti na velikosti a chemické struktuře.
„S výzkumem uhlíkových kvantových teček jsme začali asi před deseti lety. Před pár lety jsme s Andreyem Rogachem z Hongkongu výzkum rozšířili i na jiné typy fosforeskujících nanočástic a také jsme se mnohem více posunuli k aplikacím,“ říká vedoucí českého týmu a ředitel RCPTM Radek Zbořil. A v nedávné době tyto výzkumy přinesly velké úspěchy.
V časopise Americké chemické společnosti ACS Nano nedávno olomoučtí a hongkongští vědci publikovali výsledky výzkumu, který ukázal mimořádný potenciál uhlíkových nanočástic v lékařské diagnostice.
Vědci přišli na to, že s pomocí fotoluminiscence - tedy schopnosti látek pohlcovat vyzářenou energii (například UV nebo RTG) a přeměňovat ji na světlo - kvantových teček lze stanovit teplotu uvnitř živé buňky.
„Zjednodušeně řečeno, uhlíkové tečky fungují jako optické sondy, které mohou ukázat na nemocné buňky,“ vysvětlují autoři výzkumu.
Nanovýzkum může najít velké využití například v medicíně...
Ve stejném časopise mezinárodní tým popsal také novou technologii, která umožňuje připravit odlišné barevné „varianty“ uhlíkových teček, včetně červených.
„Červené světlo nejlépe prochází lidskou tkání. Právě takové částice se proto dají použít při optickém in vivo (přímo v přirozených podmínkách, tedy v živých orgánech či buňkách – pozn. autora) zobrazování v lékařské diagnostice. Tento průlom v řízení optických vlastností uhlíkových teček jsme dosáhli pomocí zabudování dusíku do jejich grafitické struktury,“ vysvětluje Kateřina Holá, která za výzkum v oblasti uhlíkových teček obdržela mimo jiné Cenu Jean-Marie Lehna pro mladé vědce.
Zásadní výhodou této diagnostické metody je fakt, že uhlíkové tečky jsou, na rozdíl od kvantových teček, na bázi kovů, zcela netoxické.
Na využití červených uhlíkových teček v medicíně se zaměřuje také další navazující výzkum. I to svědčí o tom, jak velký potenciál metoda především v diagnostice má a jak zajímavé výsledky může v blízké budoucnosti přinést.
Už několik měsíců proto vědci spolupracují s týmem Luďka Šefce z Centra pokročilého preklinického zobrazování 1. lékařské fakulty UK v Praze.
„Většina nanočástic se při in vivo aplikaci hromadí v játrech, slezině či kostní dřeni, tedy v orgánech imunitního systému. To je spojeno s velkým toxikologickým rizikem. Uhlíkové kvantové tečky jsou, především díky svému malému rozměru, vyloučeny z organismu močí,“ popisuje Kateřina Poláková, další z mladé generace vědkyň RCPTM, která studuje biomedicínské využití nanomateriálů.
„Testované částice bychom tak mohli využít v diagnostickém zobrazování, ale například i ve fotodynamické či fototermální protinádorové terapii na modelových organismech,“ dodává.
...ale třeba i při výrobě detektoru výbušnin nebo LED diod
Velký ohlas ve vědecké komunitě měla další práce česko-hongkongského týmu, oceňovaná zejména pro význam v bezpečnostním výzkumu. Vědci zjistili, že nanočástice mědi ukotvené ve struktuře organických kovových sítí mohou fungovat jako mimořádně citlivé nanosenzory trinitrotoluenu (TNT).
„Na základě změny optických vlastností nanočástic lze detekovat přítomnost této vysoce výbušné substance i ve stopových množstvích,“ uvádějí autoři výzkumu, jimž se dostalo uznání například na prestižních stránkách Advanced Science News.
Poslední společnou práci tým publikoval v časopisu Nature Communications. Představil v ní elegantní metodu, jak připravit silně fotoluminiscenční anorganicko-organické perovskity. To je skupina látek, které mají krystalovou strukturu stejnou jako CaTiO3, tedy oxid titaničito-vápenatý.
„Jedná s o velmi mladou třídu opticky aktivních nanokrystalů, které v sobě nesou těžké kovy, především olovo. Nejsou tedy biokompatibilní jako uhlíkové tečky, ale na rozdíl od nich mají obrovský výtěžek fotoluminiscence dosahující až sta procent,“ uvedl šéf českého týmu Zbořil.
„Portfolio aplikací těchto nanokrystalů se tak posouvá od biomedicíny směrem k vývoji solárních cel nebo LED diod. Pro tyto aplikace je nesmírně důležité umět precizně řídit chemické složení a velikost nanočástic, které zásadně ovlivňují výsledné optické vlastnosti. Nám se podařilo společně vyvinout syntetickou cestu umožňující takový kontrolovaný růst krystalů změnou reakčních komponent a jejich koncentrace,“ dodává Zbořil.
Vše stojí hlavně na zapálených vědcích, říká šéf centra
Šéf RCPTM nezastírá, že si výsledků olomoucko-hongkongské spolupráce nesmírně cení. Ovšem ani ne tak proto, že tamní univerzita patří k prestižním školám a pravidelně se objevuje vysoko v žebříčcích hodnotících kvalitu světových univerzit.
„Spolupracujeme s desítkami dalších pracovišť po celém světě. Špičková věda ale nespočívá v tom, jestli publikujete s kolegy na prestižních univerzitách v USA nebo Anglii. Na prvním místě je vždycky vědec, zapálený člověk, který jde za svým cílem, za svou vizí a obětuje jí maximum možného,“ říká Zbořil.
„Drahá zařízení, špičkové laboratoře, nejvýkonnější mikroskopy nebo spektrometry nejsou nic platné, pokud není skvělá myšlenka a tým lidí ochotných spolupracovat. To je přístup, který uplatňujeme v RCPTM a který se v tomto případě zhodnotil v krásných projektech s kolegy z Hongkongu. Ale myslím, že je to obecně správná cesta k dalším zajímavým objevům a posouvání hranic lidského poznání,“ dodává.
