CHEMIE. Všichni, kdo obdivují záběry světa pod mikroskopem, by SPECIÁLNÍ SEKCE

Transkript

1 SPECIÁLNÍ SEKCE CHEMIE Všichni, kdo obdivují záběry světa pod mikroskopem, by propadli ještě většímu nadšení, kdyby mohli podobně na vlastní oči nahlédnout do říše atomů a molekul. Úchvatnou choreografii chemických dějů můžeme poznat alespoň zprostředkovaně díky teorii a experimentům. Chemie zasahuje do všech oblastí našeho života a provází nás od narození. Vlastně, úplně přesně řečeno, bez dokonalé souhry bezpočtu chemických reakcí bychom nebyli ani počati. Díky chemickému výzkumu poznáváme, které látky jsou pro nás prospěšné a které nám škodí. Dnešní medicína je nepředstavitelná bez rozsáhlého chemického arzenálu. Chemici vnášejí do našeho světa nové vůně a barvy. Je jen otázkou času, kdy do něj vnesou i nový život. Ve speciální sekci vám představujeme šest ústavů Akademie věd České republiky a Fakultu chemicko-technologickou Univerzity Pardubice. Díky jejich práci můžeme žít v čistším, zdravějším a hezčím světě. Redakce červenec srpen 2013, 15

2 SPECIÁLNÍ SEKCE CHEMIE Ústav analytické chemie AV ČR, v. v. i. Nezbytný nástroj výzkumu Počet publikací v impaktovaných časopisech v roce 2012: Počet podaných patentů v roce 2012: Celkový počet publikací v roce 2012: Počet národních výzkumných projektů v roce 2012: Počet Center excelence GA ČR: Počet projektů podpořených Evropskou unií v roce 2012:... 3 Počet vědeckých pracovníků:. 44 Počet PhD.-studentů: Počet diplomantů: Centra excelence: Centrum pokročilých bioanalytických technologií Centrum studií toxických vlastností nanočástic KONTAKTY: Ústav analytické chemie AV ČR, v. v. i. Veveří Brno tel.: fax: uiach@iach.cz V oddělení bioanalytické instrumentace jsou rozvíjeny moderní mikroanalytické metody separace v kapilárách a mikrofluidických zařízeních, mikromanipulace buněk a buněčných organel s využitím hmotnostní spektrometrie, spektrometrie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu, laserem indukované fluorescence a chemiluminiscence. Transportní jevy v rozhraních mezi mikroseparačními metodami (kapilární elektroforéza a kapalinová chromatografie) a hmotnostní spektrometrií s elektrosprejem jsou studovány pomocí numerického modelování metodou konečných prvků. Cílem je poznání správné funkce těchto zařízení a exaktní optimalizace řídicích parametrů. Nově byl zařazen výzkum analytických aplikací nanotechnologií, zejména výzkum syntézy a chemické modifikace nanočástic (kvantových teček) a samouspořádaných nanovrstev. Vyvíjeny jsou luminiscenční sondy a senzory na Ústav analytické chemie Akademie věd České republiky vznikl 1. dubna 1956 jako Laboratoř pro analýzu plynů Československé akademie věd. Zakladatelem a dlouholetým ředitelem byl prof. Ing. Jaroslav Janák, DrSc., dr.h.c., průkopník plynové chromatografie a autor prvního patentu plynového chromatografu uděleného na světě. Výzkum se postupně rozšířil do oblasti kapalinové chromatografie, elektromigračních metod, spektrálních metod, separací pomocí tekutin v nadkritickém stav u, i nst r u mentace pro z ac hycov á n í a analýzu stopových množství polutantů v životním prostředí, bioanalytické instrumentace, spojení separačních technik s hmotnostní spektrometrií, miniaturizace a nanotechnologií. V současnosti lze ústav charakterizovat jako vysoce odborné pracoviště zaměřené na vývoj nejmodernějších metod a instrumentace analytické chemie využitelných pro rozvoj dalších vědních oblastí, především věd biologických, medicínských, ochrany zdraví člověka a životního prostředí. Od roku 2004 ústav každoročně pořádá mezinárodní konferenci Central European Capillary Electrophoresis (CECE), v roce 2010 organizoval významnou mezinárodní konferenci MicroScale Bioseparations MSB Pro molekulární biologii a diagnostiku bázi Foersterova rezonančního přenosu energie pro cílenou analýzu některých významných proteinů, DNA, povrchových receptorů, enzymů a signálních molekul v jediné buňce. Pro přehlednou analýzu proteinů kombinací kapilární kapalinové chromatografie a hmotnostní spektrometrie jsou vyvíjena separační prostředí, kde polymerní monolytická matrice slouží jako nosič nanočástic kovových selektorů. Snadnější a citlivější chemické analýzy Oddělení elektromigračních metod vyvíjí teorii, metodologii a nové přístupy k technikám užívajícím elektromigrační stackování, kombinaci kapilární elektroforézy a izotachoforézy, fokusační metody, kombinaci kapilární elektroforézy a hmotnostní spektrometrie a metody založené na elektromembránové extrakci. Komplexní teorie a metodologie ovládání a využití efektů způsobených dávkovaným pulsem vzorku a efektů elektromigrace analytů přes elektroforetická rozhraní a kapalné membrány podstatně při- 16 Scientific American České vydání, červenec srpen 2013

3 spívají k základním elektroforetickým znalostem. Vyvinuté metodologie přinášejí snadnější a citlivější analýzy v biochemii, klinické chemii a chemii životního prostředí. Zachytit i nejmenší stopy Moderní věda vyžaduje informace nejen o celkových koncentracích vybraných prvků na ultrastopových úrovních, ale i o jejich speciaci, t.j. o chemické či biologické formě těchto prvků v komplexních vzorcích ze životního prostředí či biomedicíny. Hlavním směrem výzkumu v oddělení stopové prvkové analýzy je využití tvorby těkavých hydridů environmentálně i medicínsky důležitých prvků (např. arsenu, selenu, rtuti, olova, cínu) a jejich často se vyskytujících forem ke zjenodušení ana lýzy a k dosažení vysokých citlivostí. Nově vyvinutá metoda stanovení toxikologicky důležitých metabolitů arsenu Využití superkritické vody ve složitých biologických vzorcích umožňuje stanovení na úrovni pg arsenu v gramu tkáně. Tato metoda má velký potenciál pro využití v toxikologii, protože alternativní přístupy, odkázané na běžně využívané metody kapalinové chromatografie, jsou pro přímou analýzu tkání nepoužitelné. Oddělení provádí též dlouhodobý monitoring a speciační analýzu rtuti v oblasti staré ekologické zátěže. Oddělení separací v tekutých fázích se mj. zabývá isoelektrickou fokusací, využívanou k separacím amfolytických molekul, biomolekul a bakterií. Dřívější teoretické výsledky naznačovaly, že separační účinnost kapilární isoelektrické fokusace by bylo možno výrazně zvýšit, pokud bychom separaci neprováděli v běžné křemenné kapiláře o konstantním vnitřním průměru, ale v postupně se zužující kónické kapiláře. Až donedávna ale chyběla vhodná metoda reprodukovatelné přípravy kónických křemenných kapilár. S využitím přístroje vlastní konstrukce jsme dokázali připravit kónické křemenné kapiláry leptáním běžných kapilár superkritickou vodou (teplota > 374 C, tlak > 22 MPa). S těmito kónickými kapilárami se podařilo dosáhnout podstatného zvýšení účinnosti separace biomolekul i bakterií. Věda je půvabnou společnicí po celý život a nedá člověku zahálet. Nový objev otevírá prostor pro objevy další. prof. RNDr. Ludmila Křivánková, CSc. ředitelka UIACH AV ČR, v. v. i. Životní prostředí pod dohledem Oddělení analytické chemie životního prostředí je orientováno na metodologii a vývoj nových metod a instrumentace, jejichž účelem je charakterizace životního prostředí z hlediska obsahu chemických sloučenin, které jsou důležité ve vztahu ke zdraví lidí, zvířat a rostlin. Jedná se o sloučeniny organické a anorganické povahy (polutant y), k teré se nacházejí ve stopových koncentracích v ovzduší, vodě, půdě, případně v sedimentech. Metodologicky jsou vyvíjené metody založeny na využití předkoncentračních a separačních technik. Část pracovní aktivity oddělení je zaměřena na stanovení chemického složení, morfologie a zdrojů atmosférických aerosolů. Významný akcent je v současnosti věnován studiu dlouhodobého vlivu inhalovaných nanočástic na biologické objekty, který probíhá ve speciální inhalační komoře. červenec srpen 2013, 17

4 SPECIÁLNÍ SEKCE CHEMIE Ústav anorganické chemie AV ČR, v. v. i. V těsném spojení s průmyslem Počet publikací v impaktovaných časopisech v roce 2012: Počet udělených patentů a patentových přihlášek v roce 2012: Počet národních projektů v roce 2013: Počet projektů financovaných EU v roce 2013: Počet zaměstnanců: Počet PhD.-studentů: Počet diplomantů: KONTAKTY: Ústav anorganické chemie AV ČR, v. v. i. Husinec-Řež č.p Řež tel.: fax: sekretar@iic.cas.cz Chemie boranů Praktické materiály Ústav anorganické chemie vznikl v roce 1972 postupným slučováním několika pražských laboratoří ČSAV a řežského Ústavu anorganických syntéz ČSAV. Od r sídlí ústav v Řeži, v dosahu pražské hromadné dopravy. Minulostí ústavu se jako červená nit táhne snaha průmyslově využít vlastních poznatků. Příklady nejvýznamnějších úspěchů byly vanadové katalyzátory pro rozklad NOx v plynech vyvinuté M. Markvartem, postup dopování polovodičového křemíku borany navržený skupinou kolem J. Pleška a redukční činidlo Synhydrid vyvinuté skupinou kolem B. Čásenského. V posledním desetiletí se tato praktická orientace znovu posiluje, a to i díky celoevropské i národní snaze po inovacích. Posiluje se také úsilí ke spojování disciplín, tedy výzkum označovaný jako hraniční, mezioborový nebo víceoborový. Naším posláním je nejen získávat ale i sdílet nové poznatky a trénovat studenty ve vědecké práci. Jméno ústavu je v mezinárodní vědecké komunitě tradičně spojováno s hydridy boru - borany. Jsou to rigidní trojrozměrné (klastrové) molekuly, jejichž skelety tvoří bor, vodík a někdy i další prvky jako uhlík. Původní plán z dob studené války udělat z nich raketová paliva sice selhal, ale významně přispěl k rozvoji nového oboru anorganické chemie, a to bez nadsázky ve světovém měřítku. Nyní je výzkum zaměřen zejména na syntézu biologicky aktivních boranových klastrů s možným využitím jako virostatik nebo cytostatik. Úspěchů jsme dosáhli také ve využití boranů v samouspořádaných 2-D vrstvách modifikujících povrchy kovů. Náš výzkum zahrnuje syntézu a charakterizaci nových boranů a studium a modelování jejich uspořádaných monovrstvev na površích zlata, stříbra a mědi. Vhodným výběrem sloučenin s různě velkým dipólovým momentem umíme cíleně měnit (ladit) hodnotu výstupní práce daného kovového povrchu. Klastrové molekuly jsou také perspektivní v ochraně povrchů proti korozi a pracujeme i na jejich využití v molekulární medicíně a elektronice. Na obrázku je optimalizovaný model funkčního boranového klastru na povrchu zlata. Materiálová chemie integruje poznatky chemických, fyzikálních a inženýrských oborů tak, aby bylo možno ve zkumavce vytvořit z chemikálií prakticky využitelný výrobek, třeba katalyzátor, reaktivní sorbent, chytrý pigment nebo povrchovou vrstvu se speciálními fotofyzikálními vlastnostmi. Materiálová chemie není jen módní trend, je to především možná základna pro přenos vědeckých poznatků do praxe a také pro upřesnění a předání praktické objednávky do vědecké laboratoře. V posledních letech se v ústavu úspěšně rozvíjí materiálový výzkum zaměřený na nové nanostrukturní a nanokompozitní materiály na bázi oxidů kovu a grafenu a jeho analogů pro aplikace v oblasti fotokatalýzy, dekontaminace bojových chemických látek a degradace polutantů. Působením výkonového ultrazvuku dokážeme rozlístkovat (exfoliovat) vrstevnaté materiály, např. grafit převést na grafen, a získat tak prekurzory pro přípravu nových kompozitních materiálů. Na obrázku je ukázka Ti 2 C nano- 18 Scientific American České vydání, červenec srpen 2013

5 FOTOGRAFIE JANA BLUDSKÁ ZDROJ: AKADEMICKÝ BULLETIN Fotoaktivní nanodestičky Významné výsledky přinesl výzkum hybridních materiálů s baktericidními a virocidními povrchy a supramolekulárních systémů se specifickými fotofyzikálními vlastnostmi. Našli jsme postupy jak rozvolnit kompaktní vrstevnaté struktury některých hydroxidů kovů na jednotlivé nanodestičky (viz obrázek), které mají délku až 80 nm a tloušťku 1 nm. Nanodestičky se osvědčily pro přípravu polymerních nanokompozitů, na jejichž površích jsou ničeny bakterie po ozáření viditelným světlem. Jiné nanodestičky jsme použili k přípravě povrchů, na kterých se po ozáření UV degradují organické polutanty, a k vytvoření tenkých nanoelektrod pro baterie. Tvar nanodestiček je Analýza kulturního dědictví Obrázek ukazuje optické mikroskopické zobrazení a elektronovou mikroanalýzu (SEM/EDS) barevné vrstvy uměleckého díla, vysvětlující barevnou změnu původního měďnatého pigmentu azuritu. lístečků připravených z Ti 2 AlC pomocí výkonového ultrazvuku a jejich zobrazení mikroskopií atomových sil (AFM). Nové materiály připravujeme metodami vyhovujícími požadavku tzv. zelených technologií, tedy například reakcemi z netoxických a levných látek ve vodném prostředí za relativně nízkých teplot. Na komercionalizaci možných materiálů jsme získali prostředky na financování projektu Nové kompozitní materiály na bázi grafenu a oxidů v rámci podpory pre-seed aktivit ze strukturálních fondů EU. vidět na obrázcích z elektronového mikroskopu (vlevo dole). Mají šestiúhelníkový půdorys a na zobrazení z boku jsou zřetelné tmavé linky, ukazující jednotlivé spojené nanodestičky. Obrázek v pravé části ukazuje, že z nanodestiček jsme připravili průhledné vrstvy ty mohou být čiré nebo s barvou fotoaktivní látky. Význam přírodovědných postupů při popisu výtvarných děl v posledním desetiletí posílil díky rozvoji metod analýzy pevných látek, především mikroanalýzy a neinvazivních a nedestruktivních metod. Účastníme se jejich zavádění, protože porozumění materiálním a výtvarným aspektům vyžaduje spojování poznatků přírodních i technických věd s tradičními přístupy uměleckých historiků a restaurátorů. Ústav proto s Akademií výtvarných umění v Praze vytvořil společné pracoviště. Náš přínos je i v nekonvenčním využití mikrodifrakčních metod umožňující podrobné rozlišování strukturních modifikací pigmentů v barevné vrstvě. To pomáhá lépe popsat dobové výrobní technologie, odlišit různý původ přírodních materiálů, přispět k určování anonymních děl nebo v rámci experimentálního výzkumu popsat příčiny a mechanismy nežádoucích barevných změn. Nejvíce mě těší, že součástí výzkumných týmů je stále více postdoků, doktorandů i pregraduálních studentů včetně zahraničních stážistů. Ing. Jana Bludská, CSc. ředitelka ÚACH AV ČR, v.v.i. Spolupráce s firmami České lupkové závody, a.s. Materiály na bázi kaolinitu modifikovaného nanooxidy přechodných kovů Rokospol, a.s., Nanogies s.r.o. Nové perspektivní nanokompozitní materiály na bázi chalkogenidů přechodných kovů pro fotovoltaické nátěrové hmoty Synpo, a.s. Progresivní technologie výroby multifunkčních nanočástic ZnO Deaktivace bojových látek Byly připraveny nové nanomateriály na bázi oxidů Mn, Fe a Ti a ve spolupráci s Vojenským technickým ústavem ochrany Brno charakterizovány pro stechiometrický rozklad bojových chemických látek. Tyto materiály vykazují stupeň konverze somanu, yperitu, látky VX vyšší něž 90% za hod. Nový způsob přípravy grafenu Působením intenzivního kavitačního pole v tlakovém ultrazvukovém reaktoru (2000 W) v prostředí silných polárních a aprotických rozpouštědel byl z přírodního grafitu připraven grafen, a to přímo, bez přítomnosti kyselin, bez oxidace a bez okliky přes grafen oxid. Takto lze připravit grafen v řádu desítek gramů za hodinu s možností zvětšování měřítka, což umožnuje připravovat vzorky materiálů s obsahem grafenu pro průmyslové aplikace. červenec srpen 2013, 19

6 SPECIÁLNÍ SEKCE CHEMIE Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i. Nové směry fyzikální chemie Počet publikací v impaktovaných časopisech vyšlých v roce 2012: Počet publikací v impaktovaných časopisech vyšlých v období : Počet publikací citovaných více než 50krát vyšlých v období : Celkový počet citací publikací vyšlých v letech : Počet grantových projektů řešených v roce 2012: Počet společných center základního nebo aplikovaného výzkumu s univerzitami od r. 2005: Počet zaměstnanců (přepočteno na jednotkový úvazek): Počet PhD.-studentů: Počet diplomantů a bakalářů:. 28 KONTAKTY: Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i. Dolejškova 2155/ Praha 8 tel.: fax: director@jh-inst.cas.cz Atmosferická chemie v laboratoři Ozonová díra nad Antarktidou vzniká kvůli přítomnosti ledových částeček polárních stratosférických mraků. Nanometrové částice však lze v atmosféře jen obtížně studovat. Vytváříme nanočástice analogické Odhalit infekci z dechu Kde je příčina chorob? Zvýšený výskyt oxidovaných fosfolipidů v důsledku oxidačního stresu provází řadu závažných onemocnění, jako je ateroskleróza, rakovina, záněty, Alzheimerova a Parkinsonova choroba nebo cukrovka 2. typu. Využití specif ických technik fluorescenční mikroskopie, zčásti vyvinutých na našem pracovišti, ve výzkumu jak Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd České republiky, v.v.i., vznikl v roce 1972 sloučením Polarografického ústavu (založeného r. 1950) a Ústavu fyzikální chemie ČSAV (založeného r. 1953). V čele obou institucí stály osobnosti naší a světové fyzikální chemie prof. Jaroslav Heyrovský ( , Nobelova cena za c hemii z a objev pola rog ra fie, 1959) a prof. Rudolf Brdička ( ), nejvýznamnější žák Heyrovského polarografické školy, z níž vzešla většina z řady vynikajících vědců, zakladatelů nových moderních směrů fyzikální chemie v tehdejším Československu. Současné projekty jsou zaměřeny na vývoj metod výpočetní chemie, fyzikálně- -chemické základy nových technik hmotové spektrometrie, laserové spektroskopie a fluorescenční mikroskopie, dynamiku a kinetiku kolisních reakcí ion-molekula v plynné fázi, strukturu, funkci a dynamiku biomembrán, syntézu, strukturu a reaktivitu nanoskopických katalyzátorů a elektrokatalyzátorů, a nekonvenční systémy (kapalná rozhraní, iontové kapaliny) a procesy (chemie v atmosféře a mezihvězdném prostoru). prof. Jaroslav Heyrovský atmosférickým částicím přímo v laboratoři technikou molekulových paprsků. Studiem těchto nanočástic přispíváme k pochopení tvorby a vývoje ozonové díry a k atmosférické chemii obecně. Hmotnostní spektrometrie v proudové trubici vyvinutá na ústavu byla použita pro hledání biomarkerů plicních infekcí ohrožujících pacienty trpící cystickou fibrózou. Výsledkem studia geneticky odlišných kmenů bakterií Pseudomonas aeruginosa bylo zjištění, že uvolňují kyanovodík a další látky normálně nepřítomné v dechu zdravých lidí. Měření koncentrací molekul kyanovodíku přítomných v dechu v počtu jedné molekuly na miliardu molekul vzduchu umožňuje včas rozpoznat počínající infekci. modelových membrán, tak živých buněk, nám umožňuje porozumět roli oxidovaných fosfolipidů nejen v biofyzice membrán, ale i v molekulární fyziologii živých buněk. Cílem projektu je přispět ke zlepšení preventivních opatření i stávajících léčebných postupů v boji s výše uvedenými chorobami. 20 Scientific American České vydání, červenec srpen 2013

7 Elektrochemicky aktivní nanomateriály Elektrochemicky aktivní nanomateriály se uplatňují ve fotoelektrochemické přeměně solární energie v barvivem senzibilizovaných solárních článcích (DSC), a v nových elektrochemických zdrojích proudu na bázi lithiových baterií a superkondenzátorů. V případě DSC jsme dosáhli 15%ní účinnosti přeměny solární energie na elektrickou, která je srovnatelná s účinností křemíkové fotovoltaiky. Optimalizaci výkonu umožnil vývoj nanostrukturovaných elektrodových materiálů na bázi oxidu titaničitého a grafenu. Ukázali jsme, že nanokrystalické elektrodové materiály a kompozity pro bezpečné lithiové baterie mají vysokou rychlost nabíjení a velkou výkonovou hustotu. Grafen Ve výzkumu grafenu a dalších 2 D materiálů se soustřeďujeme na studium jejich elektronických a mechanických vlastností, které jsou důležité pro aplikace v senzorech, solárních článcích a nových typech mikroelektronických zařízení. Připravujeme vysoce kvalitní grafen o makroskopických rozměrech metodou depozice chemických par a charakterizujeme vlastnosti 2-rozměrných materiálů pomocí řady pokročilých metod materiálového výzkumu, a to in-situ během nabíjení či mechanického namáhání. Kvantová chemie na kvantových počítačích Kvantové počítače představují jednu z nejrychleji se rozvíjejících disciplín současného výzkumu, která přitahuje stále více pozornosti široké veřejnosti. Zpracování informace na úrovni mikrosvěta, kde platí zákony kvantové mechaniky, zcela mění charakter algoritmů používaných pro modelování struktury a reakcí molekul. Vývoj takových algoritmů je jedním z výzkumných témat našeho pracoviště. Pokročilá katalýza a elektrokatalýza na nanostrukturovaných pevných látkách Navržená struktura Fe-oxo aktivniho centra pro rozklad N 2 O v zeolitu beta s vyznačením experimentálních postupů a výpočetních metod pro studium tohoto aktivního centra. Ve vývoji nových katalyzátorů a elektrokatalyzátorů na bázi zeolitů, nanočásticových slitin, oxidů kovů a kompozitních kovových a oxidických materiálů se opíráme o naše výsledky základního výzkumu selektivity v redoxních katalytických přeměnách, možnosti cílené tvorby katalyticky aktivních povrchů na základě analýzy jejich struktury a fyzikálně-chemických vlastností, výpočetní nástroje pro interpretaci experimentálních dat strukturní analýzy a predikce redoxní aktivity, a vztahu mezi povrchovou strukturou, adsorpcí, redoxními vlastnostmi a katalytickou aktivitou. Přátelská pracovní atmosféra má pro výkon vědecké instituce klíčový význam. prof. RNDr. Zdeněk Samec, DrSc. ředitel ÚFCH JH AV ČR, v.v.i. Nejvýznamnější projekty v rámci spolupráce s podnikatelskou sférou v letech Nanostrukturní materiály pro katalytické, elektrokatalytické a sorpční aplikace Bioaktivní biokompatibilní povrchy a nové nanostrukturované kompozity pro aplikace v medicíně a farmacii Hierarchické nanosystémy pro mikroelektroniku Uhlíkové nanostruktury pro senzorové aplikace Výzkum a vývoj systému pro identifikaci výbušnin Katalytické oxidace alkenů Vývoj procesu pro likvidaci oxidů dusíku pro průmyslové aplikace se zvláště náročnými podmínkami Nové materiály a technologie pro konzervaci materiálů památkových objektů a preventivní památkovou péči Využití fotoaktivních nanopovrchů k řešení aktuálních problémů čištění vzduchu a vody Centrum pro inovace v oboru nanomateriálů a nanotechnologií vybudované s finanční podporou ESF zajišťuje překonání dosavadní bariéry mezi základním výzkumem vedeným na laboratorní úrovni a požadavky aplikovaného výzkumu a průmyslových subjektů. červenec srpen 2013, 21

8 SPECIÁLNÍ SEKCE CHEMIE Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i. Počet publikací v impaktovaných časopisech za rok 2012: Počet udělených patentů a užitných vzorů v roce 2012: Počet grantových projektů řešených v roce 2012: Počet mezinárodních projektů řešených v roce 2012: Počet projektů podpořených Evropskou unií: Počet pracovníků: Počet PhD.-studentů: Pro nové technologie a lepší životní prostředí Ústav teoretických základů chemické techniky ČSAV - dnešní Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i. - vznikl v roce 1960 spojením Technologického oddělení tehdejšího Chemického ústavu ČSAV, ke kterému se připojila Laboratoř chemického inženýrství vedená profesorem G. L. Standardem. O něco později byla do ústavu zařazena i skupina fyzikální chemie pod vedením profesora E. Hály. Prvním ředitelem ústavu se stal profesor Vladimír Bažant. Ústav chemických procesů (ÚCHP) patří Ochrana klimatu Ze závěrů Mezinárodního panelu pro změnu klimatu vyplývá, že nejvýznamnějším faktorem působícím proti skleníkovému efektu je nárůst koncentrace a změna složení částic atmosférického aerosolu. Tyto částice se mohou do atmosféry dostávat přímo z přírodních či antropogenních procesů, značné množství jich ale vzniká až v atmosféře jako takzvaný sekundární aerosol. Studiem jeho vzniku se dlouhodobě zabývá Oddělení aerosolových a laserových studií. mezi nejvšestrannější chemické výzkumné instituce Akademie věd České republiky. Zaměřuje se na chemické a biochemické inženýrství, katalýzu a výzkum pro ochranu životního prostředí. Zároveň je jediným ústavem Akademie věd ČR, který se věnuje jak výzkumu v oblasti procesního a chemického reaktorového inženýrství, tak i vývoji nových instrumentálních technik a technologií. Z tohoto pohledu ÚCHP zaujímá v ČR vedoucí pozici výzkumného centra v oboru chemického a procesního inženýrství. Událost vzniku nových částic v atmosféře typu banán zaznamenaná aerosolovým spektrometrem SMPS na venkovské pozaďové stanici Košetice KONTAKTY: Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i. Rozvojová 1/ Praha 6 Suchdol tel.: tel.: fax: icecas@icpf.cas.cz Separační procesy pro obnovitelnou energii Oddělování oxidu uhličitého a methanu je důležité především v souvislosti s odstraňováním oxidu uhličitého z bioplynu i ze spalin. Membránové separace jsou jednou z možností dělení plynných směsí. Nabízejí energeticky výhodné podmínky a vysokou efektivitu separace. Oddělení separačních procesů vyvinulo jednokrokovou metodu na čištění surového bioplynu pomocí zbotnalé tenké hydrofilní kompozitní membrány pod bodem rosného bodu nástřikového proudu. Tím je zajištěna kondenzace vodní páry v surovém bioplynu na povrchu membrány. Řádový rozdíl mezi koeficienty rozpustnosti CH 4 a CO 2 spolu se sulfanem ve vodě umožňuje úspěšné obohacení surového bioplynu o methan. Souběžně s aplikovaným výzkumem pracujeme i na vývoji kvalitativně zcela nového typu membrán s podstatně vyšší účinností separace. Princip dělení bioplynu vodní kondenzující membránou 22 Scientific American České vydání, červenec srpen 2013

9 Senzory pro 23. století Ač se to zdá být nadsázka, již dnes musíme přemýšlet o tom, jaké starosti a výzvy budou řešit naši potomci za 200 let. Jistě to budou otázky životního prostředí, přelidněnosti planety, odpadů, energií, čisté vody, atd. Oddělení katalýzy a reakčního inženýrství již dnes vyvíjí materiály a technologické postupy, které mohou v takto vzdálené budoucnosti nalézt své uplatnění. Zeslabená ozonová vrstva způsobuje pronikání krátkovlnného záření do zemské atmosféry. Pokročilé sensory vyvíjené na bázi hierarchicky uspořádaných kovov ých oxidů umožňují toto životu nebezpečné kosmického záření účinně detegovat. Jedinečné vlastnosti zaručuje právě využití molekulárních templátů při jejich přípravě. Ty otisknou svůj charakter a strukturu v konečném materiálu, který tak získá mimořádnou funkčnost a vlastnosti. Recyklací k efektivní výrobě Molekuly výjimečných vlastností Krystaly hexahelicenu V Laboratoři procesů ochrany prostředí jsme navrhli novou a ekonomicky efektivní technologii zpracování odpadních PET lahví. Proces je založen na účinné depolymeraci PET materiálu působením mikrovlnného záření. Produktem je kyselina tereftalová vysoké kvality a monoethylenglykol. V současné době se zahajuje výstavba pilotního zařízení na zpracování t odpadního PET materiálu ročně. Technologie i zařízení jsou chráněny patenty v ČR i v zahraničí (Evropa, Čína). Luminofory v úsporných žárovkách a výbojkách převádějí kombinací několika luminiscentních sloučenin ultrafialový elektrický výboj ve rtuťových parách na bílé světlo co nejpodobnější světlu dennímu. Luminiscentní vrstva obsahuje cenné luminofory ytrium a europium. Prvotním cílem přepracování odpadních luminoforů je zneškodnění rtuti a dalšího toxického odpadu. V ÚCHP byla navržena komplexní recyklační metoda vedoucí k separaci skla, kovů a luminoforů. Rtuť je při tomto procesu rovněž separována a převedena do chemicky stabilní formy. V současné době probíhá ve spolupráci s University of Kwazulu-Natal v Jihoafrické republice výstavba poloprovozního zařízení. Skupina mladých vědců v Oddělení organické syntézy a analytické chemie se zaměřuje hlavně na vývoj fotochemických syntéz nových polyaromatických systémů podobných grafenu, jako jsou [n]fenaceny a [n]heliceny. S postupným navyšováním měřítka jejich přípravy se rozvíjí i aplikovaný výzkum, který čerpá z výjimečných optických a elektronických vlastností nově připravených molekul. Naše látky nacházejí uplatnění v oblastech materiálové chemie, separačních technik nebo molekulární elektroniky. Biorafinace udržitelné zpracování biomasy Komplexní využití biomasy pomocí ekologicky šetrných postupů tzv. zelené chemie řeší od loňského roku Centrum kompetence pro výzkum biorafinací (BIORAF). Směřujeme k získávání krmiv, doplňků stravy, hnojiv, biopolymerů a biopaliv vyšších generací z materiálů mikrobního, rostlinného a živočišného původu. Projektu podporovaného Technologickou agenturou ČR se účastní dalších sedm subjektů. Je třeba bedlivě rozlišovat typ aplikovaného výzkumu. Projekty vedoucí k aplikaci vlastního patentu či know how představují žádoucí fenomén a všestranně je podporujeme. Zcela jiným typem aktivit jsou projekty a kontrakty, kde plníme nějakou zadanou úlohu. Tyto projekty slouží ke zlepšení finanční situace ústavu a do určité míry i k navázání spolupráce s průmyslovými podniky. Je však žádoucí, aby tento druh aplikací v naší činnosti nepřevážil. Ing. Miroslav Punčochář, DSc. ředitel ÚCHP AV ČR, v. v. i. Spolupráce ÚCHP s podnikatelskou sférou: Zplyňování dřevěných peletek a štěpků inovačním způsobem v bezroštovém zařízení s pomalu se sunoucí vrstvou směrem nahoru Návrh chemických bariér pro dekontaminaci silně znečištěných podpovrchových vod Vývoj metodiky pro dekontaminaci odpadů Ioncolor aditiva na bázi iontových kapalin Zpracování peří a získaný surový olej z řas červenec srpen 2013, 23

10 Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v. v. i. Počet publikací v impaktovaných časopisech za rok 2012: Počet výzkumných projektů řešených v r. 2012: Počet patentů, přihlášek vynálezů a užitných vzorů za rok 2012: Počet pracovníků: Počet PhD.-studentů: Počet vysokých škol v ČR, s kterými ústav spolupracuje:.. 9 SPECIÁLNÍ SEKCE CHEMIE Polymery a polymerní materiály jsou všude kolem nás Historie dnešního Ústavu makromolekulární chemie AV ČR, v. i. i., (ÚMCH) sahá do r. 1959, kdy byl ústav založen jako součást Československé akademie věd. Prvním ředitelem ústavu byl jeho zakladatel, profesor Otto Wichterle. Od počátku byl v ÚMCH kladen důraz rovnoměrně na přípravu nových makromolekulárních látek makromolekulární chemii a studium jejich unikátních vlastností fyzikální chemii a fyziku polymerů. Bylo rovněž zachováváno hledisko rovnováhy mezi čistě teoretickým základním výzkumem a výzkumem vedoucím k aplikovatelným výsledkům. Spojení silného zázemí badatelského výzkumu se smyslem pro užitečnost získaných poznatků přirozeně vyústilo v řadu prakticky využitelných výsledků. Mezi nejvýznamnější praktické výsledky v prvních desetiletích ústavu patřila alkalická polymerizace kaprolaktamu a výzkum poly amidů, který se stal Polymery jsou velké molekuly makromolekuly, které vznikají spojováním malých molekul do dlouhých řetězců nebo sítí. zák ladem průmyslu polyamidů v Československu. Světový věhlas si získal průkopnický výzkum hydrofilních methakrylátových gelů hydrogelů, jako materiálů pro medicínu. Všeobecně známým příkladem uplatnění hydrofilních gelů v lékařství se staly měkké kontaktní čočky a technologie jejich výroby založené na Wichterlových vynálezech. I v současnosti je výzkum biomakromolekulárních systémů a lékařských polymerů významnou součástí vědeckého programu ústavu. Ve výzkumu polymerních nosičů léčiv, vývoji nových biomateriálů pro regenerativní medicínu a nanostrukturovaných systémů založených na samoorganizaci makromolekul patří ÚMCH ke světové špičce. Současně ústav rozvíjí i směry zaměřené na pokročilé materiály pro náročné technické aplikace, mezi něž patří výzkum polymerních kompozitů, vodivých polymerů a polymerů pro elektronické a optické prvky. Polymery a polymerní materiály jsou dnes již neodmyslitelnou součástí každodenního života a prostředí kolem nás. To přináší i potřebu řešení problémů polymerních odpadů. Ústav na tyto výzvy reaguje výzkumem nových technologií recyk lace plastů a vývojem biodegradovatelných materiálů. Cílená doprava léčiv na polymerních nosičích KONTAKTY: Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v. v. i. Heyrovského nám Praha 6 tel.: fax: office@imc.cas.cz Vědecká činnost oddělení Biolékařských polymerů je zaměřena na syntézu hydrofilních polymerů, studium interakce syntetických a přírodních makromolekul a studium možností použití syntetických polymerů nebo konjugátů syntetických a přírodních makromolekul jako nosičů při přípravě polymerních systémů. Tyto systémy jsou určeny pro cílený transport a řízené uvolňování léčiv a dalších biologicky aktivních molekul. Získané výsledky základního výzkumu jsou využívány při navazujícím vývoji nových polymerních léčiv a diagnostik v oblasti cílené a bezpečné léčby nádorových onemocnění. V jednom z projektů oddělení jsou studovány polymerní nosiče vhodné pro transport genové informace do živočišné buňky v in vivo prostředí. Cílem tohoto výzkumu je vývoj nových léčiv umožňujících genovou terapii vybraných typů onemocnění u člověka. Studium je prováděno ve spolupráci s předními domácími i zahraničními biologickými pracovišti a firmami. 24 Scientific American České vydání, červenec srpen 2013

11 Syntetické polymerní biomateriály jen krůček od dokonalosti přírody Přitažlivé polymerní částice Těžiště zájmu oddělení Polymerních částic je soustředěno na magnetické částice, Schéma magnetické polymerní mikročástice obsahující funkční skupiny. Polymerní polovodiče Vědci v oddělení Optoelektronických jevů a materiálů se aktuálně zaměřují na hledání nových materiálů a elektronových jevů, které by mohly být použity ke konstrukci nových elektronických prvků a vytvoření základny pro molekulární elektroniku. Molekulární elektronika je velmi perspektivním směrem vývoje, neboť je cenově příznivá, materiálově nenáročná a flexibilní. V oddělení Biomateriálů a bioanalogických systémů se zkoumají nové polymerní biomateriály a syntetické makromolekulární systémy vykazující některé zajímavé vlastnosti systémů biologických. Základem je studium interakcí, ke kterým dochází na rozhraní mezi povrchem biomateriálu a živými buňkami, tkáněmi či biologickými tekutinami. Bioaktivní povrchy vykazující specifické biologické interakce na molekulární úrovni jsou základem pro přípravu podpůrných struktur, polymerních nosičů buněk, využitelných pro regeneraci tkání a tkáňové inženýrství, pro konstrukci biosenzorů nebo systémů s řízeným uvolňováním léčiv. Mezioborovému zaměření v ýzkumu odpovídá i personální složení týmu, který zahrnuje jak specialisty v organické chemii, fyzikální chemii polymerů či chemickém inženýrství, tak i v biofyzice a biochemii. Buňky hladké svaloviny cévní stěny na povrchu PLA s navázanými RGDS peptidy. Imunofluorescencí jsou prokázány fokální adheze prostřednictvím receptorů. které jsou velmi žádané. Takové částice se dají snadno oddělovat pomocí magnetu i z prostředí, která obsahují další heterogenní složky. Toho se s výhodou využívá v biochemii pro izolaci zejména enzymů, proteinů a buněk, ale také pro separaci toxických anorganických iontů. Magnetické složky (oxidy železa magnetit, maghemit, ferrity, perovskit) jsou polymerem dokonale obalené, aby nedocházelo k nežádoucím interakcím. Navíc, pro separační účely je potřeba opatřit polymerní i kompozitní částice funkčními skupinami. Rozvíjí se také vývoj povrchově modifikovaných magnetických nanočástic pro značení buněk a 3-D scaffoldy pro kultivaci buněk. Bez přírodních makromolekul by nevznikl život, bez syntetických makromolekul polymerů by náš každodenní život nebyl tak pohodlný. RNDr. František Rypáček, CSc. ředitel ÚMCH AV ČR, v.v.i. NOVÉ ROZVOJOVÉ PROJEKTY ÚMCH (spolufinancované z programů regionálního rozvoje EU) Biologické a biomedicínské centrum Akademie věd a Univerzity Karlovy ve Vestci BIOCEV. ÚMCH bude ve společném centru AV ČR a UK rozvíjet výzkum nových biomateriálů a lékařských polymerů. Biopolymerní postdoktorandská laboratoř a vzdělávací centrum BIOPOL. BIOPOL je vzdělávací projekt zaměřený na formování nových mladých vědeckých týmů, například pro budoucí centrum BIOCEV. Wichterlovská inovační centra ústav buduje k soustředění výzkumných kapacit na průřezové mezioborové projekty s vysokým inovačním potenciálem. Centrum polymerních materiálů a technologií (CPMT) je zaměřené na propojení základního výzkumu v oblasti pokročilých polymerních materiálů a vývoje nových technologií s cíleným výzkumem a praxí. Centrum bio-medicinálních polymerů (CBMP) soustřeďuje klíčové techniky a kapacity pro výzkum speciálních polymerů využitelných v lékařství a bio-technologiích. Centrum polymerních senzorů (CPS) (v přípravě) CPS se zaměří na přípravu definovaných makromolekulárních systémů na površích a fázových rozhraních materiálů a na využití nejmodernějších fyzikálních technik charakterizace povrchů pro high-tech inteligentní systémy. červenec srpen 2013, 25

12 SPECIÁLNÍ SEKCE CHEMIE Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i. Od molekul k lékům Počet publikací v impaktovaných časopisech za rok 2012: Počet mezinárodních projektů: Počet významných patentů, vynálezů, užitných vzorů, licenčních smluv a ochranných známek za rok 2012: Počet zaměstnanců: Počet PhD.-studentů: Počet diplomantů: Když se po druhé světové válce obnovila činnost vysokých škol, dala se na Fakultě chemicko-technologického inženýrství ČVUT dohromady skupina nadšených chemiků, v jejichž čele stanul profesor František Šorm. V roce 1951 se tým přesunul do budovy na Flemingově náměstí. Zemědělský výzkum vystřídaly chemické pokusy. Zformoval se Ústřední chemický institut. Formálně byl ústav založen až 1. ledna 1953; jeho jméno se změnilo na Ústav organické chemie Československé akademie věd. Největší záshluhu na vzniku a rozvoji ústavu měl profesor František Šorm, který se stal generálním sekretářem akademie a později dokonce jejím předsedou. Náplní práce ústavu je základní výzkum v oblastech organické chemie, biochemie a příbuzných disciplínách, převážně orientovaný k aplikacím v lékařství a životním prostředí. Ústav se podílí na vzdělávání na universitní úrovni a vedení diplomových a doktorsk ých prací; je sídlem komise pro obhajoby doktorských disertací v oboru organická a bioorganická chemie. Prof. František Šorm Na základě vynikajících výsledků prof. Antonína Holého ÚOCHB dlouhodobě spolupracuje s americkou biofarmaceutickou společností Gilead Sciences, která se zabývá výzkumem, vývojem a distribucí inovativních léků. Ústav s touto firmou založil výzkumné centrum. Unikátní obranný mechanismus KONTAKTY: Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i. Flemingovo nám Praha 6 tel.: fax: uochb@uochb.cas.cz U jednoho z mnoha termitích druhů deštného lesa ve Francouzské Guyaně pozorovali J. Šobotník a T. Bourguignon zvláštní modré struktury na tělech dělníků. K jejich překvapení reagovali tito dělníci na podráždění sebevražedným výbuchem. Následující výzkum anatomie, chování a chemických aspektů tohoto jevu ukázal, že se jedná o jedinečnou obrannou strategii dělníků, kterou využívají k obraně před konkurenty z řad Dělník druhu Neocapritermes taracua poté, co v obranné reakci na podráždění vybuchl a z jeho těla se vyloučila kapka hemolymfy, která získala toxicitu reakcí mezi proteiny modrých krystalů a sekrety slinných žláz. Modrý krystal, skladovaný ve zvláštní kapse na tělním povrchu. ostatních druhů hlínožravých termitů. Tento dosud neznámý mechanismus sestává z chemické reakce dvou složek: modrých krystalů bílkovinného původu, skladovaných ve zvláštních kapsách mimo tělo a sekretů slinných žláz dělníků. Obě složky reagují v kapce hemolymfy po roztržení těla dělníka a dávají vzniknout lepivé kapalině, která je rovněž toxická pro konkurenční druhy. 26 Scientific American České vydání, červenec srpen 2013

13 DNA sondy proti nádorům Ve spolupráci s PřF UK, BFÚ AV ČR a CEITEC MU jsme vyvinuli nové velmi reaktivní modifikované DNA sondy, které lze využít k selektivnímu vychytávání proteinů, jež se vážou na určitou sekvenci DNA. Připravili jsme DNA nesoucí velmi reaktivní chemické skupiny, na které lze snadno a za fyziologických podmínek chemicky připojit jiné molekuly obsahující thiolové skupiny, tedy např. proteiny obsahující aminokyselinu Nové léky proti cukrovce Pro vývoj nových léčiv proti cukrovce je důležité poznat, jak insulinu interaguje se svým receptorem na povrchu buněk. Spolupráce vědeckých laboratoří z Austrálie, USA, Velké Británie a České republiky vedla k vyřešení krystalové struktury insulinu navázaného na receptor; ÚOCHB dodal vysoce aktivní pozměněný insulin analog insulinu. Nebezpečné elektrony v roztoku Při fotoionizaci vody vznikají radikály OH a solvatované elektrony. Radikály OH se významně podílejí na nepřímém poškozování DNA při radiační léčbě nádorů, zatímco solvatované elektrony jsou nebezpečným reaktantem v nádržích s radiačním odpadem. Pokud nejsou účinně neutralizovány, mohou Účinnější antimalarika cystein. Tato metodika byla otestována na biokonjugaci DNA sond s proteinem p53, jenž potlačuje tvorbu nádorů. Nový postup by mohl najít široké uplatnění v přípravě účinných inhibitorů některých tumorogenních faktorů či enzymů modifikujících DNA a v DNA-proteomice, zabývající se hledáním dosud neznámých proteinů, které se vážou na určité sekvence DNA a regulují některé biologické procesy. v kyselém prostředí reagovat s hydroxoniovými kationty za vzniku hořlavého a potenciálně výbušného vodíku. Díky pokročilé metodice, kombinující mnohaelektronový kvantový popis s molekulovou dynamikou, se podařilo vyřešit 40 let starou hádanku, jak přesně se elektron rozpouští ve vodě. Zimnička (Plasmodium) způsobující malárii neumí syntetizovat purinové báze a spoléhá se na záchranný mechanismus purinů, kdy tyto báze pro stavbu nukleotidů získává od svého hostitele. K tomu je nutný enzym 6-oxopurin fosforibosyltransferáza. Některé acyklické nukleosidfosfonáty ho mohou díky své podobnosti s produktem reakce inhibovat a při in vitro testech v erytrocytové kultuře zamezit množení prvoků Plasmodium. Z krystalů komplexů těchto analogů přirozených nukleotidů s 6-oxopurinfosforibosyltransferázou jsme získali podrobné informace o vazbě inhibitorů v aktivním místě enzymu. Ve spolupráci s univerzitou v Brisbane jsme našli kandidáty pro další vývoj antimalarik s novým mechanismem účinku. Bez investic do vývoje budeme mít zajímavé sloučeniny, které skvěle fungují třeba na myších, ale nebudou z toho léky. RNDr. PhDr. Zdeněk Hostomský, CSc. ředitel ÚOCHB AV ČR, v. v. i. IOCB TTO Centrum pro transfer technologií ÚOCHB Centrum bylo jako s.r.o. ustaveno v roce Spojuje výzkum prováděný odborníky na Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR s patentovým a licenčním procesem. Spojením základní výzkumné práce vědců ÚOCHB s komerčními partnery přináší nové myšlenky do lékařské chemie, materiálových věd, biologie a dalších oblastí aplikované chemie. Pomáhá zaměstnancům ÚOCHB přeměňovat myšlenky v patenty a spravuje intelektuální bohatství ÚOCHB. Nedílnou součástí činnosti IOCB je organizace a rozvoj spin-off společností na technologicképlatformě ÚOCHB. Centrum pro transfer technologií ÚOCHB se podílí na projektu Centra pro vývoj původních léků (CDOD), financovaném Technologickou agenturou České republiky. červenec srpen 2013, 27

14 Univerzita Pardubice Fakulta chemicko-technologická V těsném spojení s praxí Fakulta chemicko-technologická (FChT) Univerzity Pardubice patří mezi špičková vědecká centra vzdělanosti ve střední Evropě. Studenti jsou zapojeni do výzkumných projektů jak v oblasti základního výzkumu, tak i v oblasti aplikovaného průmyslového výzkumu. Celkový počet studentů v roce 2012: Počet PhD.-studentů v roce 2012: Počet publikací v impaktovaných časopisech za rok 2012: BAKALÁŘSKÉ STUDIJNÍ PROGRAMY Anorganické a polymerní materiály Farmakochemie a medicinální materiály Chemie a technická chemie Chemie a technologie potravin Chemické a procesní inženýrství Ekonomika a management chem. a potravin. podniků, Ochrana živ. prostředí Polygrafie Povrchová ochrana stavebních a konstrukčních materiálů Speciální chemicko-biologické obory Klinická biol. a ch., Zdravotní laborant NAVAZUJÍCÍ MAGISTERSKÉ STUDIJNÍ PROGRAMY Chemie. Analytická ch., Anorganická a bioanorganická ch., Organická ch., Technická fyzikální ch. Chemie a technologie materiálů Anorganická technologie, Chemie a technol. papíru a celulózových materiálů, Materiálové inženýrství, Organické povlaky a nátěrové hmoty, Technologie organických specialit, Technologie výroby a zpracování polymerů, Teorie a technologie výbušin, Vlákna a textilní chemie Chemické a procesní inženýrství Ekonomika a management chem. a potravin. podniků, Chemické inženýrství, Inženýrství životního prostředí; Ochrana životního prostředí Chemie a technologie potravin Hodnocení a analýza potravin Fakulta chemicko-technologická je přímou pokračovatelkou Vysoké školy chemicko-technologické v Pardubicích, která byla založena v roce Absolventi fakulty nalézají vynikající uplatnění jak v ČR, tak i v zahraničí. Na FChT je možné kromě klasické chemie studovat v bakalářském studiu i řadu dalších atraktivních oborů, jako jsou Speciální chemicko- -biologické obory, Polygrafie, Farmakochemie a medicinální materiály. Studium je také zaměřeno na moderní materiály určené pro elektroniku, optiku a optoelektroniku, potravinářský průmysl, automobilový průmysl atd. Kompozitní materiály, anorganické materiály a organické povlaky nalézají uplatnění např. v leteckém průmyslu, ale i ve strojírenství a stavebnictví. Absolventi studijního oboru Hmotnostní spektrometrie k včasnému odhalení rakoviny Nádorové onemocnění ovlivňuje metabolické složení buněk, což může být využito při hledání lipidových biomarkerů pro včasnou diagnostiku rakoviny (zde plic, ledvin, prostaty a slinivky). Biochemické změny se odrážejí také ve složení tělesných tekutin využitelných pro neinvazivní screening. Pro náš projekt byly vybrány nádory s vysokou morbiditou a mortalitou, u nichž chybí spolehlivá a včasná diagostika, ale je k dispozici léčba, pokud nádorové onemocnění odhalíme včas. V počáteční fázi budeme analyzovat vzorky zvolených typů nádorů po onkologických operacích a porovnávat jejich lipidomické složení se sousední poměrně nepoškozenou tkání, která byla také odstraněna při operaci. V další fázi budeme potenciální lipidové biomarkery cíleně analyzovat v tělních tekutinách (plasma, erytrocyty, moč, případně vydechovaný kondenzát) velkého množství pacientů a porovnávat zjištěné hodnoty s údaji od zdravých dobrovolníků. Povrchová ochrana stavebních a konstrukčních materiálů se uplatňují ve stavebním průmyslu i při restaurovaní architektonických památek. Významným studijním oborem na FChT je Ekonomika a management chemických a potravinářských podniků. Absolventi zastávají významné funkce v průmyslu, výzkumu i statní správě. Na FChT lze studovat unikátní obory, které nejsou na žádné jiné univerzitě v ČR, např. obor Teorie a technologie výbušin. V tomto akademickém roce již potřetí nastoupili studenti ke studiu do nového areálu FChT. Prostředí, ve kterém probíhají přednášky i laboratorní cvičeni, patří mezi nejmodernější v ČR. prof. Ing. Petr Lošťák, DrSc. děkan FChT Univerzity Pardubice K podrobné analýze využijeme hmotnostní spektrometrii a separační techniky v kapalné či superkritické fázi. Ve spolupráci s Fakultní nemocnicí Olomouc, Masarykovým onkologickým ústavem v Brně a Pardubickou krajskou nemocnicí změříme stovky vzorků. Získaná data statisticky vyhodnotíme pomocí vícerozměrných statistických metod a následně budeme biologické a medicínské závěry konzultovat s odborníky ze spolupracujících institucí. prof. Ing. Michal Holčapek, Ph.D. 28 Scientific American České vydání, červenec srpen 2013

15 SPECIÁLNÍ SEKCE C H E M I E Aby se rány hojily lépe Léčení chronických ran trvá dlouho, je složité a nákladné a často ho provází bolest a záněty. Cílem dlouhodobého výzkumu a spolupráce mezi FChT, společností Contipro Biotech spol. s.r.o., Dolní Dobrouč a Fakultní nemocnicí Hradec Králové je vývoj nových materiálů pro podporu hojení ran. Společnost Contipro Biotech je výrobcem unikátních polysacharidů, jako je kyselina hyaluronová (HA), schizophylan a chitin/chitosan-glukanový komplex (CH-G), a ve spolupráci s ní byla vyvinuta nová vlákna určená pro výrobu krytů ran podporujících jejich hojení. Metodou mokrého zvlákňování byla připravena nekonečná vlákna (monofil) [CZ B ; WO A ], staplová mikrovlákna [CZ Užitný vzor ]. Kontinuální vlákno, připravené například z hyaluronanu sodného, má průměr vlákna cca 140 µm a dobré mechanické vlastnosti (pevnost vlákna 2,318 cn/dtex, zatížení při přetržení 253,6 MPa), které umožňují při přípravě požadovaných krytů ran používat klasické textilní techniky: paličkování, pletení a tkaní. prof. Ing. Radim Hrdina, CSc. Fakulta má vynikající renomé doma i v zahraničí a absolventi nalézají skvělé uplatnění. prof. Ing. Petr Lošťák, DrSc. děkan Fakulty chemicko-technologické Vlákno z hyaluronanu Tkanina z hyaluronanu Polygrafie Speciální chemicko-biologické obory Analýza biologických materiálů, Bioanalytik DOKTORSKÉ STUDIJNÍ PROGRAMY Anorganická chemie Analytická chemie Organická chemie Fyzikální chemie Chemie a chemické technologie Anorganická technologie Chemie a technologie materiálů Chemie a technol. anorganických materiálů, Povrchové inženýrství Chemické a procesní inženýrství Environmentální inženýrství, Chemické inženýrství Kryt rány (11x11 cm). Staplová mikrovlákna se využívají pro konstrukci krytů ran (tzv. netkaná textilie) s plošnou hmotností, například 15 g.m -2. Hojení excizních ran zdravých potkanů. Významné zrychlení hojení ran dokládá léčivé vlastnosti vybrané kombinace jednotlivých polysacharidů. KONTAKTY: Univerzita Pardubice Fakulta chemicko-technologická Studentská Pardubice tel.: tel.: fax: dekanat.fcht@upce.cz červenec srpen 2013, 29

16 Univerzita Pardubice Fakulta chemicko-technologická Partnerství pro chemii Projekt Partnerství pro chemii je jedinečným projektem v oblasti chemie. Je realizován za finanční podpory Evropského sociálního fondu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost a rozpočtu ČR. V projektu je zapojena FChT UPa, DEZA, a. s., EIRLZ, FATRA, a. s., Lovochemie, a. s., PRECHE Z A, a. s., PREOL, a. s., Synthesia, a. s. a VÚOS a. s. Předseda představenstva AGROFERT HOLDING, a.s. Ing. Andrej Babiš a děkan FChT prof. Petr Lošťák při prezentační akci pro studenty. Povrchová ochrana kovových materiálů Na Ústavu chemie a technologie makromolekulárních látek FChT jsou syntetizovány perspektivní materiály určené k povrchové ochraně materiálů před korozí, která je celosvětovým problémem a působí velké finanční ztráty. Pokud není koroze termodynamicky nestálého kovu, například běžně používané konstrukční oceli, zastavena, kovový materiál se zcela rozpadne na korozní produkty, které jsou termodynamicky stabilnější. Ochrana kovových materiálů vůči korozi spočívá v nalezení takového uspořádání systému (předmětu či materiálu a prostředí), které by zvyšovalo jeho termodynamickou stabilitu a zmenšovalo rychlost všech korozních reakcí. Součástí uceleného systému protikorozní ochrany jsou organické povlaky vytvářené pomocí nátěrových hmot. Využívá se při tom synergického efektu inhibitorů koroze s ostatními složkami ochranných organických nebo anorganických povlaků. Vývoj a použití nových, stále zdokonalovaných systémů povrchové ochrany dnes ovlivňuje řada činitelů, z nichž nejdůležitější jsou vlivy na životní prostředí a ekonomika povrchových úprav. Na Ústavu chemie a technologie makromolekulárních látek se jedná zejména o vývoj inhibitorů koroze a ekologických antikorozních pigmentů. Jsou zde vyvíjeny katalyzátory určené pro oxypolymeračně Jedním z cílů projektu jsou odborné stáže studentů FChT UPa u průmyslových partnerů. Dosud se v chemických firmách skupiny Agrofert uskutečnilo více než sto čtyřicet stáží studentů FChT. Studenti se tak mohou v praxi seznámit s fungováním průmyslového podniku. Bc. Matušková z FChT UPa při práci v provozu. Jednou ze studentek, které se přihlásily do projek tu Par tners t ví pro chemii, je Bc. Magdalena Matušková, která absolvovala v různých fázích projektu stáž hned ve dvou společnostech. Bc. Matušková říká Absolvováním stáže jsem měla poprvé za své studium možnost poznat chemickou výrobu naživo a porovnat informace získané studiem s realitou. Byla jsem podrobně seznámena se všemi provozy, vyzkoušela jsem si práci v laboratořích a nahlédla jsem do chodu technického oddělení. Vždy jsem se setkala se zkušenými odborníky, kteří mi ochotně věnovali svůj čas a vyčerpávajícím způsobem vše vysvětlili a ukázali. Řešitelé projektu: prof. Ing. Petr Kalenda, CSc., doc. Ing. Libor Čapek, Ph.D. 30 Scientific American České vydání, červenec srpen 2013

17 SPECIÁLNÍ SEKCE C H E M I E zasychající pojiva ochranných polymerních povlaků. Pro ochranné polymerní povlaky jsou syntetizovány oxidové nanočástice a morfologicky zajímavé částice pigmentů určené k dokonalému a účinnému propojení polymerní sítě ochranného filmu. Jsou vyvíjeny core-shell částice s aktivně působící nanovrstvou zamezující průběhu určité korozní reakce. Ve spolupráci s Ústavem makromolekulární chemie AV ČR formulujeme organické povlaky s obsahem vodivých polymerů. Jako velmi nadějné se nám jeví kompozitní částice vodivých polymerů a vhodných nosičů. Vyvíjíme a formulujeme termicky a chemicky stabilní povlaky a vrstvy s obsahem kovových částic nebo nanočástic feritických pigmentů. Testujeme i materiály přírodního původu, například diatomitové zeminy, které zvyšují fyzikální a mechanické vlastnosti ochranné vrstvy. prof. Ing. Andréa Kalendová, Dr. Centrum materiálů a nanotechnologií Cílem projektu, který Univerzita Pardubice získala v rámci Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace, je vybudovat do poloviny roku 2015 špičkové, moderně vybavené centrum pro výzkum nových materialů a nanotechnologií. Užitečné membránové separační procesy Oddělení (dříve katedra) chemického inženýrství Ústavu environmentálního a chemického inženýrství FChT představuje jeden z nejucelenějších týmů v ČR zabývajících se membránovými procesy; věnuje se jim od roku V rozmezí let byl katedrami chemického inženýrství a fyzikální chemie řešen úkol Membránové procesy, jehož cílem bylo testování fyzikálně-chemických a chemicko-inženýrských vlastností membrán pro mikro- a ultrafiltraci, reverzní osmózu a dialýzu a popis mechanismů ultrafiltrace a dialýzy. V letech byl výzkum realizován v rámci výzkumného záměru FChT Pokročilé analytické a separační metody a jejich aplikace v diagnostice Aparatura pro reverzní osmózu. a technologii živých a neživých materiálů a jeho předmětem byly hlavně: Charakterizace separačních membrán Studium a vývoj nových metod pro charakterizaci filtračních přepážek a mikrofiltračních membrán (distribuce velikosti pórů, test integrity, průtokové charakteristiky tekutin) Mikro- a ultrafiltrace Stanovení a studium procesních charakteristik, intenzifikační metody (např. vliv rotace membrány, fluidní vrstvy, statických vestaveb, dvoufázového toku kapalina- -plyn a zpětného promývání membrány na retenci membrány a intenzitu toku permeátu), matematické modelování procesu zejména se zaměřením na separaci ve vícekanálových keramických membránách Nanofiltrace a reverzní osmóza Stanovení a studium základních procesních charakteristik, diafiltrace, příprava velmi čisté vody, začlenění těchto procesů do složitějších technologických celků Difuzní dialýza a elektrodialýza Separace anorganických kyselin ze směsí obsahujících anorganické kyseliny a jejich soli, stanovení základních transportních charakteristik, matematické modelování difuzní dialýzy. Studium transportu organických kyselin iontově-výměnnými membránami. Výzkum rovnováhy roztok/ membrána v binárních a ternárních systémech. Základní procesní charakteristiky elektrodialýzy. prof. Ing. Petr Mikulášek, CSc. Vybudování centra umožní zvýšit kvalitu vzdělávání a inovovat doktorské a magisterské materiálově orientované studijní programy na dvou technicky a přírodovědně zaměřených fakultách, Fakultě chemicko-technologické a Fakultě elektrotechniky a informatiky. Právě tyto dvě fakulty mohou spolupracovat v materiálové oblasti s využitím nanotechnologií. Projekt také zlepší portfolio zařízení pro přípravu a charakterizaci nových materiálů se zcela specifickými vlastnostmi. V rámci projektu bude zřízeno i pracoviště se zvýšenými požadavky na čistotu prostředí, což si vyžaduje poslední dobou rostoucí orientace výzkumné činnosti na FChT na nanotechnologie. Vlastní plná činnost nově vznikajícího Centra materiálů a nanotechnologií bude zahájena 1. července Řešitel projektu: prof. Ing. Miroslav Vlček, CSc. červenec srpen 2013, 31