English
MAGDALÉNA SELINGEROVÁ
Hi-tech laboratoř environmentální rastrovací elektronové mikroskopie funguje od počátku posledního měsíce roku 2015 v Ústavu přístrojové techniky AV ČR (ÚPT). Od unikátní konfigurace nového mikroskopu QUANTA 650 FEG si vedoucí týmu environmentální elektronové mikroskopie Vilém Neděla slibuje posunutí dosavadních hranic pozorování obtížně zobrazitelných vzorků. „Systémy vyvinuté a patentované ÚPT, jimiž bude mikroskop postupně vybaven, si zatím nikde nekoupíte,“ vysvětluje ojedinělost projektu V. Neděla. Laboratoř chce navázat mezioborová partnerství doma i v zahraničí, posílit spolupráci s aplikovanou sférou a nadále posouvat základní výzkum v této oblasti.
Foto: Archiv ÚPT AV ČR
Vedoucí týmu environmentální elektronové mikroskopie v Ústavu přístrojové techniky Vilém Neděla s dětmi a novým mikroskopem QUANTA 650 FEG
Je nový mikroskop symbolem nové éry vašeho týmu?
Ano i ne. Environmentální rastrovací elektronové mikroskopii se v ÚPT věnujeme více než 20 let. Na vývoji prvního environmentálního mikroskopu v Česku AQUASEM I se podíleli právě členové našeho týmu. Tento typ byl poté dokonce věnován několika akademickým pracovištím jako nové vědecké zařízení. Pod vedením prof. Rudolfa Autraty jsem později přestavěl další elektronový mikroskop na mikroskop AQUASEM II, čímž vzniklo ojedinělé nekomerční zařízení vybavené speciálními detektory a systémy. Jeho technické možnosti ovšem přestaly postupně dostačovat. Abychom byli schopni plně demonstrovat přednosti systémů vyvinutých mojí skupinou v ÚPT, potřebovali jsme skutečně špičkové komerční zařízení s vysokým rozlišením. Především proto jsme Akademii věd požádali o dotaci, a ačkoli jsme napoprvé neuspěli, podruhé jsme před odbornou komisí a v podmínkách velké konkurence dokázali žádost obhájit. Dnes se již těšíme z plně nainstalovaného mikroskopu.
V čem spočívají nové možnosti mikroskopu oproti AQUASEM?
Hlavní výhodou je o řád vyšší rozlišení mikroskopu, jeho originální konfigurace a komora vzorku upravená podle našich speciálních požadavků. Prostřednictvím extrémně citlivého analyzátoru můžeme dělat tzv. energiově disperzní analýzu elektricky nevodivých, vlhkých i tekutých vzorků. Na mikroskopu je nainstalován speciální detektor, kvůli němuž můžeme například pozorovat obsah nanočástic nebo třeba živých buněk, například řas, v tekutinách, což bylo do této chvíle pro elektronovou mikroskopii v ČR nemyslitelné. Pomocí speciálních mikromanipulátorů budeme moci vzorky uchopit, odnést, připouštět k nim tekutinu, ofukovat je různými plyny, což je novinka, které se v ČR nikdo nevěnuje – nejde nám jen o pozorování, ale také o analýzu a úpravu vzorků přímo v mikroskopu. Velký potenciál to může mít pro polovodičový průmysl, kdy do mikroskopu dáte integrovaný obvod a přímo v něm jej nejen změříte, ale třeba i opravíte nebo rovnou postavíte. Stejně tak půjde přímo v mikroskopu pozorovat chemické reakce nebo změny morfologie spektra vzorků při působení různých fyzikálních vlivů. Do budoucna je určitě perspektivní analýza účinku léků v těle. Zní to zatím jako sci-fi, ale dlouhodobým cílem vědců je například vyrobit kapsle s léky na rakovinu, které by působily jen v místě nádoru. Takovou chemickou reakci bychom chtěli pozorovat v našem mikroskopu i my.
V „zápolení“ o finanční podporu panuje v Akademii věd konkurence. Proč si myslíte, že se podařilo prostředky získat zrovna ÚPT?
Jsme skupina, která má rozsáhlé a poměrně unikátní know-how a dlouhou tradici. Environmentální elektronová mikroskopie je obtížná mikroskopická metoda a v ČR ji garantujeme, což znamená, že se zabýváme nejen studiem fyzikálních jevů a jejich simulacemi, ale také vyvíjíme nové metody a zařízení a uvádíme je do praxe. Zkrátka pokrýváme celou diskutovanou oblast, čímž se v současnosti nemůže mnoho týmů na světě chlubit. Především jsme však předložili žádost, která jasně demonstruje, že mikroskop zapojíme do mnoha projektů a že nám navíc pomůže navázat nové spolupráce. V tuto chvíli jednáme v rámci Strategie AV21 s pěti partnery z akademické i komerční sféry.
Foto: Archiv ÚPT AV ČR
Elektricky nevodivý vzorek nanovlákenné vrstvy PUR+CuO pro antibakteriální filtrace. Technická univerzita Liberec CXI iNTEC; Jiří Maryška (vedoucí oddělení), Ing. Ganna Ungur (tvůrce vzorku). Vzorek zobrazen bez jakýchkoli úprav v prostředí vysokého tlaku sycených vodních par nového vysoko-rozlišovacího environmentálního rastrovacího elektronového mikroskopu QUANTA 650FEG; vědecká skupina Environmentální elektronové mikroskopie ÚPT.
Mikroskop má být do dvou let plně osazen systémy, jimiž se z de facto vynikajícího komerčního přístroje stane originální výzkumný nástroj. Očekáváte, že zájem o spolupráci ještě vzroste?
Již nyní jsme nachystali do výroby tři nové detektory, které do mikroskopu integrujeme během příštího roku. Nechci to zakřiknout, ale předpokládám, že zájem partnerů bude opravdu značný.
Existuje vůbec nějaký „háček“ ve využití přístroje?
Bohužel narážíme na nedostatek kvalitních odborníků. Abychom byli poptávku vůbec schopni uspokojit, potřebujeme přijmout minimálně dva až tři postdoktorandy. Naši stávající partneři už teď čekají okolo dvou měsíců, než se na jejich vzorky v laboratoři dostane. Neděláme žádnou sériovou práci nebo rutinní pozorování vzorků, nýbrž v zásadě vyvíjíme specifickou metodu pro každý experiment, což je (nejen) časově náročné. Převážně se specializujeme na komplikované vzorky, které doposud nešlo pozorovat, nebo jen velmi nekvalitně. Jde o běh na dlouhou trať; na seznámení se vzorkem potřebujeme aktuálně okolo dvou týdnů – teprve poté se pozorování a analýzy začínají dařit.
Jak si lidi do týmu vybíráte?
Velmi pečlivě. Obvykle vybereme jednoho uchazeče z 20. Důležitým signálem jsou pro nás reference partnerů nejen z českých vysokých škol. Dalším, řekl bych klíčovým kritériem, jsou první dva roky v týmu. Netajíme, že naše práce je intenzivní. Často děláme originální věci, které nelze s nikým konzultovat a na něž musíme od začátku do konce přijít sami. Ne každému takový systém vyhovuje a ne každý je ochoten do výzkumu investovat tolik času a úsilí, což já ale vidím jako velkou výzvu.
Jaký význam má nový mikroskop pro vás osobně bez ohledu na přínos pro ústav nebo environmentální mikroskopii?
Jde o osobní až srdeční záležitost. Popravdě, hrozně jsme se nadřeli, abychom žádost kvalitně zpracovali a byli schopni doložit dostatečný počet partnerů pro využití zařízení; byl to rok intenzivní práce, kdy jsme doslova objeli půl světa. Navštívili jsme aplikační laboratoře a většinu výrobců elektronových mikroskopů, na nichž jsme testovali pečlivě vybrané vzorky. Každé zařízení, které je nyní na mikroskopu instalované, jsme dopředu důkladně poznali. Naštěstí nepřišlo úsilí vniveč, a tak nezbývá než poděkovat Akademii věd za podporu týmu mladých lidí, kteří vědeckou práci berou vážně.
Jaký první vzorek jste v mikroskopu zkoumali?
Spektrum vzorků je rozsáhlé. S mikroskopem se teprve seznamujeme, takže jsme zkoušeli elektricky nevodivé vzorky, protože jsou pro pozorování nejjednodušší. Postupně se ale přesuneme k vlhkým, tekutým vzorkům a k zobrazení buněk. V současnosti máme k dispozici první výsledky zkoumání nanočástic na textilních vláknech, které jsme analyzovali pro Technickou univerzitu v Liberci; dopadly velmi dobře. Dalším podnětným výsledkem je zobrazení a analýzy keramického senzoru do lambda sondy v automobilech bez pokovení s vysokým rozlišením nebo velmi citlivé ochranné nanovrstvy na bázi dusíku deponované na vzorek skla. Během Podzimní školy základů elektronové mikroskopie, kterou v ÚPT organizuji, se nám dostalo do rukou mnoho vzorků z různých firem i univerzit, na kterých v současnosti pracujeme.
Těšíte se na nějaký vzorek obzvláště?
Chtěli bychom pozorovat živou buňku – bez fixace, bez úprav, naprosto nativní, tak abychom ji pozorováním nezabili a nijak jí neublížili. Hlavní překážkou je destrukce vzorků způsobená svazkem elektronů a z toho plynoucí imunoreakce buňky, která se lokálně zahřívá, a dále ji destruují volné radikály vznikající elektrolýzou vody. Musíme se naučit tyto jevy minimalizovat, aby buňka vůbec nepoznala, že se na ni díváme. Věřím, že i prostřednictvím mikroskopu QUANTA 650 FEG se to podaří.
