Mgr. Anna Fučíková, Ph.D.

Držitel Neuron Impulsu 2015

Doktorka Anna Fučíková se dlouhodobě zabývá zkoumáním polovodičových nanočástic a jejich optických vlastností. Výsledky jejího bádání a dalšího rozvoje technologie by měly nalézt uplatnění jako luminofory pro LED a solární články či jako fluorescenční značky v biologii a jinde.

Krystaly umožní sledovat pochody v buňce

Nanokrystaly, umělé vytvořené útvary o velikosti miliardtin metru, přinášejí nové možnosti v lékařství a v technice. Biofyzička Anna Fučíková z Matematicko-fyzikální fakulty UK v Praze pracuje na vývoji nanokrystalů, které by mohly sloužit jako nosiče léků. Nyní dostala jeden milion korun od Nadačního fondu Neuron na další činnost.

Doposud se vyrábějí komerční nanokrystaly z kadmia a selenu, ale ty jsou jedovaté. Jak je to možné?
Jejich toxicita se dříve podceňovala. Ale nyní už je známo, že se kadmium z nanokrystalů uvolňuje a proniká do živého organizmu, kde se ukládá a dochází k akutní otravě. Výrobci proto kadmiové jádro nanokrystalu zabalili do ochranné schránky. Ovšem živý organismus tuto obálku poměrně rychle naruší a kadmium se opět uvolňuje. Nutno říct, že nyní je v Evropské unii používání těchto nanokrystalů v lékařství už zakázáno. Mohou se využívat jenom v laboratořích pro testy na buňkách tj. pro experimenty in vitro.

Váš tým jako první na světě vyvinul nový typ vrstvy pokrývající křemíkový nanokrystal. Ovšem křemíkové nanokrystaly se vyrábějí běžně už několik let. Čím je tedy váš nanokrystal jedinečný?
Když se podíváme na běžný křemíkový nanokrystal, uvidíme že emituje světlo v široké spektrální oblasti, tj. může svítit například zeleně až žlutě. Naše nanokrystaly jsou ovšem monochromní, de facto jsou dvacetkrát spektrálně užší než ostatní křemíkové nanokrystaly a překonávají v tomto parametru všechny ostatní nanokrystaly.

K čemu je to užitečné?
Můžeme mnohem lépe pozorovat molekulu léku připojenou na nanokrystal a její cestu, například k nádoru. Také lze studovat více událostí v buňce, protože můžeme použít více nanokrystalů, každý s jinou barvou emise.

Jak se to dělá?
Na molekulu léku se naváže nanokrystal, když lék doputuje k cíli a oddělí se, změní tento proces vlastnosti povrchu nanokrystalu, což posune barvu luminiscence. Na úzkém paprsku je taková změna vidět, na širokém paprsku stěží.

A další možnosti využití?
Jednou z největších aplikací je využít nanokrystalů ke sledování pochodů uvnitř buněk. Odborník připojí k nanokrystalu například protilátku, nebo léčivo a pak sleduje kam se v těle dostane. Když lépe pochopíme, kam přesně, jaké množství a kudy doputují označené nanokrystaly, tak můžeme vybrat například nejefektivnější léčivo, nebo jej na základě získaných znalostí změnit, aby lépe fungovalo. Při použití nynějších postupů můžeme pozorovat maximálně asi tři jevy v buňce, s našimi nanočásticemi může být těchto jevů až 30. Naše nanokrystaly by také mohly nahradit luminofory v zářivkách nebo LED svítidlech. Současné luminofory totiž obsahují relativně drahé a strategicky důležité prvky vzácných zemin. Nanokrystaly jsou vyrobeny z poměrně levných sloučenin běžných prvků a také s nimi lze například lépe napodobit sluneční spektrum. Další perspektivní využití se nabízí v optickém přenosu dat. Miniaturní zdroje světla by mohly rozšířit optické komunikace i na přenos dat mezi čipy nebo dokonce uvnitř čipů a tak zvýšit rychlost a snížit zahřívání součástek.

Vraťme se ještě k využití křemíku v nanokrystalech. Tento prvek není pro lidské tělo nebezpečný?
Už nějakou dobu se ví, že tělo dokáže křemíkové nanokrystaly velmi rychle rozložit na kyselinu ortokřemičitou, která našemu tělu neškodí. Například tým profesora Leigh Canhama z Londýnské univerzity vyrobil destičku složenou z nanokrystalů, vložil ji do oka živého zvířete a za pár dní se destička zcela rozložila. Z rozkladu vzniklá kyselina ortokřemičitá, která je nejen neškodná, ale dokonce je užitečná pro výstavbu kostí. Mimochodem tuto kyselinu a jiné křemíkové sloučeniny obsahuje i pivo, a to se pije už několik staletí.

Během vaší stáže na Královské technice ve Stockholmu jste objevila postup, jak křemíkový nanokrystal s úzkým paprskem vytvořit. Jak výzkum probíhal?
Šéf skupiny, profesor Linnros, mi dal úkol zavést výrobu křemíkových nanokrystalů na jejich pracovišti, kde zatím neměli v tomto směru žádné zkušenosti a potřebné vybavení. Zpočátku jsem tedy posuzovala různé metody výroby křemíkových nanokrystalů a zvolila jednu nejvhodnější. I tak jsem musela se svým týmem technologii upravovat, protože nebyly k dispozici všechny potřebné přístroje a prostředky byly omezené. Díky tomu jsme skoro náhodou objevili způsob, jak vytvořit dokonale kulaté nanokrystaly s přesně definovanou povrchovou vrstvou. Chemie, která probíhá při jejich vzniku, je nám už známa, ale fyzikální podstata a jevy zodpovědné za úzkou emisní čáru jsou objasněné zatím jen částečně.

Tuto záhadu chcete nyní rozluštit?
Začátkem letošního roku jsem přijela ze Švédska. Nyní mám na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy už asi dva měsíce novou měřící aparaturu. Díky milionu korun od Nadačního fondu Neuron můžu zahájit výzkum fyzikálních vlastností nového typu nanokrystalu a odhalit, proč je jeho paprsek skoro desetkrát užší. Pro pokusy nakoupím například chemikálie, které jsou relativně drahé. Také mohu zprovoznit technologii výroby těchto nanokrystalů na naší katedře. Moje předchozí aparatura, pochopitelně, zůstala na švédské univerzitě.

A vaše další plány?
Věřím, že výzkum za peníze z Neuronu přinese výsledky, které mi pomůžou objasnit fyzikální procesy zodpovědné za zúžení čáry a později snad tyto výsledky pomohou k získání evropského grantu pro začínající vědce.

Text: Josef Matyáš 

Napsali o ní:

Záznam povídání na Science Café Liberec (7. 11. 2016)

 

 

Mgr. Anna Fučíková, Ph.D.

Narodila se v roce 1982. Vystudovala Matematicko-fyzikální fakultu UK obor biofyzika a chemická fyzika. Po absolutoriu působila v Ústavu systémové biologie a ekologie Akademie věd, od roku 2006 pracuje ve Fyzikálním ústavu Akademie věd a od roku 2007 až dosud je odbornou asistentkou na MFF UK. V letech 2012 až 2014 absolvovala stáž na Institute of Technology na univerzitě KTH ve Stockholmu.