DATA

stdClass Object ( [newurl_domain] => 'www.vscht.cz' [newurl_jazyk] => 'cs' [newurl_akce] => '/popularizace/doktorandi-pisou/2018' [newurl_iduzel] => 41936 [newurl_path] => 1/4111/942/994/5161/26318/41936 [newurl_path_link] => Odkaz na newurlCMS [iduzel] => 41936 [platne_od] => 15.01.2018 13:06:40.50322 [zmeneno_cas] => 15.01.2018 13:06:39.455534 [zmeneno_uzivatel_jmeno] => [canonical_url] => [idvazba] => 45406 [cms_time] => 1714192233 [skupina_www] => Array ( ) [slovnik] => Array ( ) [poduzel] => stdClass Object ( [42845] => stdClass Object ( [nazev] => Tepelně izolační materiály nové generace, které výrazně sníží Vaše náklady za energie [seo_title] => Tepelně izolační materiály nové generace, které výrazně sníží Vaše náklady za energie [seo_desc] => [autor] => Andrea Nistor a Pavel Ferkl [autor_email] => Andra.Nistor@vscht.cz [perex] =>

Chtěli byste mít doma v zimě teplo a v létě příjemně chladno? Pak zvažte, zda nezateplit dům, protože vytápění a chlazení tvoří až 50 % Vašich výdajů za energie ročně! VŠCHT Praha podporuje snižování těchto nákladů výzkumem nano- a mikrocelulárních polymerních pěn. Vyvíjíme tak nejen vlastní tepelně izolační materiály nové generace, ale také počítačové programy, které pomohou dalším výzkumníkům a firmám připravovat a vyrábět materiály s vylepšenými vlastnostmi.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~HcqxDcMgEADAVX4Bp0lGSJ-sQPAXFvCPHrCEd_AAkSuXKZjiyV6WXZ50r4_c4AEDvP9fHCPPfVuQdIf7E1KW4nIRA2FywhZ98boLaYPIvqZcBYln_UHsG1VYtCVn6DQHtlfrq7Zs-nq1NIXijcUD.png [obsah] =>

Izolační materiály šetří energie

Vytápění a chlazení představuje až 50 % roční spotřeby energie v EU. Mezi hlavní spotřebitele této energie patří většina z nás. Podle Evropské komise budou v roce 2050 dvě třetiny obytných budov tvořit budovy, které byly postaveny v době, kdy byly požadavky na energetickou hospodárnost omezené či žádné. Proto se rozhodla tímto tématem zabývat a počátkem roku 2016 představila historicky první strategii pro vytápění a chlazení.

Jeden z přístupů, jak snížit energetickou spotřebu na vytápění a chlazení, je využívání tepelně izolačních materiálů. Tyto materiály v posledních pěti letech studují vědci a studenti ze skupiny profesora Juraje Koska z Ústavu chemického inženýrství na VŠCHT Praha. V rámci grantových projektů a průmyslových spoluprací s národními i zahraničními partnery se zaměřují na studium polymerních pěn, jakými jsou např. polystyrenové či polyuretanové pěny, s cílem nalézt a zefektivnit způsob výroby pěn s výrazně lepšími vlastnostmi. Tyto pěny nám umožní místo současných panelů o tloušťce až 25 cm použít materiály dokonce o poloviční nebo až třetinové tloušťce, čímž dojde nejen k významné úspoře materiálu, ale také k esteticky akceptovanějšímu zateplení starších budov s výraznými fasádami.

Úskalí, která je třeba vyřešit

Aktuálně je stále několik otevřených otázek spojených s výrobou pěn. Za prvé můžeme zmínit nadouvadla. Nadouvadla jsou plyny, které se používají k vypěňování polymerů. Podobně jako když CO₂ „napěňuje“ pečenou buchtu (tj. uvolňuje se z kypřícího prášku v těstě), tak nadouvadlo obsažené v polymeru při zahřátí na vyšší teplotu napění polymer. Hledání nových nadouvadel se zintenzivnilo po zákazu freonů na přelomu 80. a 90.let, kvůli jejich negativnímu efektu na ozonovou vrstvu. V současnosti nejčastěji používaná nadouvadla mají minimální negativní dopad na životní prostředí, ale bohužel nedosahují tepelně izolačních vlastností freonů.

Za druhé zmíníme výrobu tzv. nanocelulárních pěn s velmi malými bublinami. Podobně jako jiné nanomateriály těží z uplatňování odlišných fyzikálních jevů než těch, které známe z našeho makroskopického světa, v tomto případě je to šíření tepla v materiálu na nanoměřítku. Nanocelulární pěny díky tomu dosahují výrazně lepších tepelně izolačních vlastností. Největší výzvou pak zůstává nalezení způsobu, jak nanocelulární pěny vyrábět levně.

A do třetice zmíníme lepší kontrolu nad vypěňovacím procesem. Každá změna v chemickém složení nebo výrobním postupu vyžaduje časově náročné laboratorní a provozní zkoušky. Alespoň částečné nahrazení těchto zkoušek počítačovými simulacemi má potenciál značně uspořit čas a finanční prostředky. Třemi výše představenými problémy se mimo jiné zabývá výzkumná skupina profesora Koska.

Hledáme nové způsoby výroby pěn a zdokonalujeme současné

Existuje mnoho způsobů, jak vyrobit pěny. Vědci a studenti na VŠCHT Praha navrhli a sestavili několik unikátních aparatur a analytických metod a zaměřili se na tři méně probádané metody vypěňování: (i) vysokotlakým CO₂, (ii) laserem a (iii) teplotně vyvolanou separací polymeru a rozpouštědla. Každá z těchto metod má své výhody a umožňuje připravovat jiné spektrum pěn lišících se nejen velikostí bublin, ale také jejich prostorou strukturou.

Doktorandka Andra Nistor uvádí: „Podařilo se nám připravit vzorky pěn s až o dva řády menšími bublinami než v komerčních pěnách a tím se přiblížit k žádaným nanocelulárním pěnám.“ Pro představu, komerční polystyrenové pěny (Obr. 2) mají v sobě bubliny o průměru přibližně 100 mikrometrů, což je průměrná tloušťka lidského vlasu. Díky současně vyvinutým počítačovým simulacím jsou vědci schopni pěnové struktury také předpovídat a připravovat nové unikátní struktury (Obr. 3, 4), které otevírají inovativní možnosti využití pěn. Vnitřní struktura pěn totiž výrazně ovlivňuje jejich mechanické i tepelné vlastnosti.

V rámci evropského projektu MoDeNa a jeho navazujícím projektu se vědci a studenti podílejí na vývoji softwaru pro propojování výpočetních nástrojů. Doktorand Pavel Ferkl zdůrazňuje: „Proces vypěňování je poměrně složitý proces, který vyžaduje popsat chemické reakce, fyzikální vlastnosti látek, tok tekutin a mnoho dalšího. V současnosti sice existuje řada nástrojů, jak tyto jevy matematicky popsat, ale je k tomu také třeba řada odborníků, kteří se vyznají v širokém spektru matematických modelů. Cílem námi vyvíjeného softwaru je zpřístupnit tyto sofistikované nástroje široké komunitě vědců a firmám, a tím jim napomoci při zlepšování tepelně izolačních vlastností vyráběných pěn.“

Výsledky výzkumu lze rozšířit i do dalších aplikačních oblastí

Pěny se využívají nejen jako tepelné izolanty, ale také jako zvukově izolační materiály, matrace, polstrování, interiér v autech, podrážky sportovních bot apod. To vytváří potenciál využití výsledků výzkumu i v těchto oblastech.

Více o aktivitách výzkumných laboratoří vedených profesorem Jurajem Koskem najdete na www.kosekgroup.cz.

Seznam použitých obrázků:

Obr. 1 - Ukázka snížení tepelných ztrát po zateplení budovy komerční tepelnou izolací podložené snímky z termovizní kamery. Zdroj: By Passivhaus Institut - Copied to Commons from http://en.wikipedia.org. Original source Passivhaus Institut, Germany – http://www.passiv.de, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1256683

Obr. 2 - Snímek komerční polystyrenové pěny s uzavřenými bublinami z elektronového mikroskopu

Obr. 3 - Unikátní mikrocelulární polystyrenová pěna s otevřenými bublinami

Obr. 4 - Předpovězená 3D struktura mikrocelulární polystyrenové pěny získané pomocí počítačové simulace

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [42846] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 42846 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 42845 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/tepelne-izolacni-materialy-nove-generace [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45352] => stdClass Object ( [nazev] => Laktobacily – mléčné bakterie, které najdeme i ve vaginálním traktu [seo_title] => Laktobacily – mléčné bakterie, které najdeme i ve vaginálním traktu [seo_desc] => [autor] => Monika Kumherová [autor_email] => kumherom@vscht.cz [perex] =>

Řada z Vás jistě někdy slyšela něco o laktobacilech. Jsou to bakterie, které jsou hojně využívány při výrobě fermentovaných mléčných výrobků či fermentované zeleniny. Jedná se však i o bakterie, které jsou součástí těla savců. V lidském těle osídlují dutinu ústní, gastrointestinální a vaginální trakt. A právě ve vaginálním traktu žen hrají laktobacily důležitou roli, podílí se na jeho zdraví a chrání ho před rozvojem nežádoucích infekcí.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBV8M3MLsovzs4vyEzOPrxXoTjv8Nrc1GyFssT0zLzDC3OA3Ix8heKSI7OLShU0khKLylLz8hVSclIV3IsScxOtFarKjswuObowFahQwdDMwKBCEwA.jpg [obsah] =>

Vaginální mikroflóra žen je dynamicky se měnícím ekosystémem, který je ovlivněn řadou faktorů, mezi které patří věk, hormonální stav, fáze menstruačního cyklu, hygiena, výživa či etnikum. U zdravých žen bývají dominantní složkou vaginální mikroflóry právě laktobacily. Druhové zastoupení laktobacilů je rozmanité a vyskytují se zde druhy jako Lactobacillus crispatus, L. gasseri, L. jensenii, L. iners, L. fermentum, L. vaginalis nebo L. rhamnosus.

A proč jsou laktobacily ve vaginálním traktu tak důležité?

Laktobacily jsou důležité především z ochranného hlediska. Mají antimikrobiální mechanismy, kterými ženy chrání před rozvojem nežádoucích infekcí. Prvním antimikrobiálním mechanismem je specifická adheze, kdy se laktobacily uchytí na vaginální sliznici a zabrání tak uchycení patogenních mikroorganismů. Druhým antimikrobiálním mechanismem je produkce antimikrobiálních látek. Hlavní antimikrobiální látkou, kterou laktobacily produkují, je kyselina mléčná, která snižuje pH ve vaginálním traktu na hodnoty 3,5 – 4,5. Takto nízké pH vytváří nepříznivé prostředí pro růst patogenních mikroorganismů a zabraňuje tak rozvoji infekcí. Nicméně, laktobacily produkují i jiné antimikrobiální látky (peroxid vodíku či bakteriociny)

Co by se stalo, kdyby laktobacily z vaginálního traktu zmizely?

V prvé řadě by se vaginální pH zvýšilo a stalo se příznivým pro růst patogenních mikroorganismů a rozvoj vaginální infekce. Mezi nejčastější infekce patří bakteriální vaginóza, jejíž původcem je Gardnerella vaginalis, dále aerobní vaginitida, kterou způsobují Staphylococcus aureus a Escherichia coli, a v neposlední řadě může dojít ke zvýšení počtu bakterií Streptococcus agalactiae. Poslední zmíněný patogen je velkým problémem především u těhotných žen a jeho výskyt během porodu nese velké riziko pro novorozence, kterého streptokok během porodu kolonizuje. Jelikož novorozenec nemá dostatečně vyvinutý imunitní systém, může u něj dojít k rozvoji streptokokové infekce, která může mít fatální následky. Obecně u těhotných žen je nežádoucí výskyt jakékoliv vaginální infekce, jelikož se zvyšuje riziko předčasného porodu.

Pro prevenci a léčbu vaginálních infekcí mohou být využívány vaginální probiotické přípravky, které obsahují laktobacily. Tyto přípravky napomáhají při obnově fyziologické vaginální mikroflóry a podporují léčbu vaginálních infekcí. U přípravků, které obsahují laktobacily původem z jiného než vaginálního prostředí, se může stát, že se laktobacily po aplikaci neuchytí na sliznici. Je žádoucí, aby laktobacily v těchto přípravcích byly vaginálního původu, jelikož se po aplikaci dostanou zpět do svého přirozeného prostředí a šance na jejich zpětnou kolonizaci sliznice je vyšší.

V mikrobiologické laboratoři na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky se, mimo jiné, zabýváme izolací vaginálních laktobacilů, jejich funkčními vlastnostmi a vyvíjíme přípravky vhodné pro vaginální aplikaci. Dále se zde zabýváme chemií a technologií mléka a mléčných výrobků, mikrobiologií mléka obecně, bakteriemi mléčného kvašení a sledováním jejich funkčních vlastností. Dále se zabýváme chemií a technologií olejů a tuků a technologií detergentů a kosmetiky.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky.

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [45353] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 45353 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 45352 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/laktobacily-mlecne-bakterie-ktere-najdeme-i-ve-vaginalnim-traktu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45347] => stdClass Object ( [nazev] => Jak dezinfikovat historické černobílé fotografické sbírky? [seo_title] => Jak dezinfikovat historické černobílé fotografické sbírky? [seo_desc] => [autor] => Kateřina Hricková [autor_email] => [perex] =>

Různé druhy historických fotografií jsou jedinečným dokladem lidské minulosti – vývoje vědy, techniky i kultury a mají tak právem čestné místo ve fondech archivů, knihoven, muzeí a všech památkových institucí. Bohužel ale nepřitahují pouze zájem náš, jako svědkové starých časů, ale i zájem mikroskopických hub (plísní) a bakterií, kteří se jimi za vhodných podmínek živí a znehodnocují tak jejich svědectví. Takové znehodnocení nelze z pohledu konzervátorské péče tolerovat a při napadení mikroorganismy je zapotřebí rychle jednat – vhodnou dezinfekční metodou.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBVCMivyizJLFM4ui81J7EkMy-_7PBehbxEhaTEosoSIGdlrkJBYsHhtUWlAA.jpg [obsah] =>

Je to ale skutečně tak jednoduché, jak se zdá?

Od vynálezu fotografie r. 1839 byla až do současnosti užívána nepřeberná škála černobílých fotografických procesů, mezi ostatními např. daguerrotypie, ambrotypie, ferrotypie, mokré kolódiové a suché želatinové negativy, pozitivy albuminové, kolódiové i želatinové na barytovém i RC papíru nebo modernějších nitrátových, triacetátových a PET podložkách. Některé techniky přežily dodnes, jiné byly oblíbené pouze v určitém období a brzy zanikly. Liší se vzhledem, provedením i konkrétním složením. Jedno mají ale společné: fotografie jsou vrstevnaté struktury složené z několika dílčích materiálů – obvykle fotografické podložky (např. kov, sklo, papír, nitrátový, triacetátový a PET film) substrátové vrstvy a světlocitlivé vrstvy. Právě světlocitlivá vrstva nese fotografický obraz, protože právě zde je světlocitlivá látka (většinou halogenidy stříbrné) rozptýlena v emulzní vrstvě (albumin, kolódium, želatina).

Tato kompozitní struktura fotografií vnáší četná úskalí konzervátorské péči. Přistoupí-li konzervátor k zásahu, jakým je např. dezinfekce, musí posoudit možné nežádoucí účinky na všechny přítomné materiály, což ale není vždy splněno. Hodně úsilí bylo doposud věnováno např. průzkumu vlivu dezinfekčních metod na papír, tedy i papírovou podložku fotografií, ale vlivu na ostatní složky složitého fotografického systému nebylo prozatím věnováno příliš studií. Přitom nevhodně zvolená metoda může způsobit vážné poškození ošetřovanému předmětu, v nejzazším případě ztrátu čitelnosti fotografického obrazu nebo jeho úplný rozpad.

Je tedy nasnadě, že problém je třeba hlouběji studovat s cílem vyvinout vhodné konzervační metody a metodické postupy s ohledem na všechna specifika té které fotografie, které by byly široce využitelné při běžné konzervátorské praxi. Tímto výzkumem se aktuálně zabýváme na půdě Ústavu chemické technologie restaurování památek. Zkoumáme zde vliv dezinfekčních metod na jednotlivé fotografické vrstvy samotné jako i na celé fotografie, modelové i reálné. Vyhodnocujeme, jak se změní optické vlastnosti, mechanické vlastnosti nebo struktura fotografických materiálů po dezinfekci a po umělém stárnutí, modelujícím ve zkráceném čase dlouhý časový úsek života fotografie a reziduí dezinfekčního prostředku v ní. Využíváme pro to celou škálu analytických technik, od mikroskopických (optický mikroskop, elektronový mikroskop) po spektroskopické (IČ spektroskopie, UV-VIS spektroskopie) nebo chromatografické (HPLC, GPC) aj.

Ačkoliv již máme k dispozici některé dílčí informace a např. pro želatinové fotografie máme vytipovány některé dezinfekční metody, které jsou vhodné (např. expozice v parách butanolu) a které naopak vůbec ne (např. gama záření), největší část úkolu máme stále ještě před sebou.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu chemické technologie restaurování památek

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [45348] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 45348 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 45347 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/jak-dezinfikovat-historicke-cernobile-fotograficke-sbirky [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45345] => stdClass Object ( [nazev] => Laktobacily a jejich schopnost snižovat hladinu cholesterolu [seo_title] => Laktobacily a jejich schopnost snižovat hladinu cholesterolu [seo_desc] => [autor] => Kristina Bialasová [autor_email] => kristina.bialasova@vscht.cz [perex] =>

Laktobacily patří mezi bakterie mléčného kvašení, které jsou velmi důležité technologické mikroorganismy. Využívají se především v potravinářských technologiích při výrobě mléčných, cereálních, masných či ovocných a zeleninových produktů. Stále častěji jsou některé z těchto bakterií využívány také jako probiotika z důvodu prokázaných pozitivních efektů na lidské zdraví.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~VYyxDcIwEEVX-QtAAVVETYfEDLZlieCLzzqfLZEJWCFlSoqMQGVlL9zSvvf07laOOOOAK_mgwpFr-yLHtk0-4GacsjVuJCoZiUxUI2XCaRgqKtK-tE15ipx1hHsw-axemMoFM9hKW-dQ8PRIRiW2D6KpnbW1___6LmDL_g6vHw.jpg [obsah] =>

Probiotické bakterie jsou živé bakterie, které při užívání v dostatečném množství mohou přinášet svému hostiteli zdravotní prospěch. Příznivý účinek probiotik na lidský organismus může spočívat ve zlepšení metabolických procesů, které pak mohou vést ke snížení rizika výskytu řady onemocnění nebo omezení jejich doby trvání. Jednou z vlastností probiotických mikroorganismů může být schopnost snižování cholesterolu.

Co je to cholesterol a proč je jeho vysoká hladina v krvi nebezpečná?

Cholesterol je nejrozšířenější živočišný sterol, který má pro lidský organismus nepostradatelný význam. Je základní stavební složkou biologických membrán buněk, důležitý pro syntézu vitaminu D a hormonů, které jsou zodpovědné nejen za metabolismus minerálů a vody, ale také za pohlavní a reprodukční funkce. Z cholesterolu vychází také syntéza žlučových kyselin, které jsou nezbytné pro správné trávení tuků.

Zvýšená hladina cholesterolu v krvi může být jednou z příčin vzniku kardiovaskulárních onemocnění, které jsou v posledních letech častou příčinou úmrtí dospělých. Hypercholesterolémie, tedy vysoká hladina cholesterolu v krvi, vede ke vzniku aterosklerózy (kornatění tepen), která zvyšuje riziko zdravotních problémů, zejména vznik infarktu nebo mozkové mrtvice. Již několik let je kardiovaskulárním onemocněním věnována velká pozornost a hledají se stále nové mechanismy možnosti snížení obsahu sérového cholesterolu, včetně možnosti využití probiotik. V jedné z mnoha klinických studií bylo dokázáno, že snížení koncentrace sérového cholesterolu o 1 % může snížit riziko vzniku aterosklerózy o 2 – 3 %.

Jak mohou laktobacily snížit množství sérového cholesterolu?

Hypocholesterolémický účinek probiotik, tedy snížení koncentrace cholesterolu v krvi, je přisuzován několika mechanismům, které často fungují v součinnosti. Mezi tyto mechanismy je zahrnováno např. snížení koncentrace cholesterolu během růstu laktobacilů, adsorpce cholesterolu na jejich buněčnou stěnu a enzymaticko-chemické změny. Některými studiemi byla potvrzena schopnost probiotik zlepšit lipidový profil pacientů, což vedlo ke snížení rizika vzniku a rozvoje kardiovaskulárních onemocněních. Jako lipidový profil je označována skupina vyšetření na celkový cholesterol, LDL cholesterol (tzv. špatný cholesterol), HDL cholesterol (tzv. dobrý cholesterol) a triacylglyceroly (tuky). Toto vyšetření odhaluje riziko vzniku kardiovaskulárních onemocnění, tedy podchytí možná onemocnění srdce a cév.

Na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky se zabýváme funkčními a probiotickými vlastnostmi bakterií mléčného kvašení. Také zkoušíme možnosti aplikace těchto bakterií do nových funkčních potravin. Dále se věnujeme analýze mlékárenských výrobků a jejich reologickým vlastnostem. Snaha je také izolovat biologicky aktivní látky z mléka a mleziva. Zabýváme se také technologií tuků a vývojem nových kosmetických výrobků.

Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky.

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [45346] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 45346 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 45345 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/laktobacily-a-jejich-schopnost-snizovat-hladinu-cholesterolu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45289] => stdClass Object ( [nazev] => Co je to kybernetika a jak se dá využít v medicíně? [seo_title] => Co je to kybernetika a jak se dá využít v medicíně? [seo_desc] => [autor] => Jan Kohout [autor_email] => jan.kohout@vscht.cz [perex] =>

Podobně jako se v očích laika matematika zabývá čísly či biologie živou přírodou, kybernetika se zabývá tím, jak věci řídit. Jeli jste ráno do práce metrem? Nový mobil? Bez kybernetiky byste neměli to ani ono. Kybernetika je poměrně mladá věda, která se zabývá řízením - tedy jak něco dostat ze stavu A do stavu B. Obecně. Umí popsat neskutečnou řadu dějů i interakcí a navrhnout a realizovat jejich řízení. Její pole působnosti je obrovské, ale původně nacházela největší uplatnění hlavně pro řízení strojů. My se ale společně podíváme, jak může pomáhat v medicíně.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBVCCjKzEvOLKhUqCo4Mrsk7_BKhbLEqqRKAA.png [obsah] =>

Když někomu řeknu, že jsem studoval kybernetiku, většinou na mě kouká, jako kdybych právě spadl odněkud z Marsu (kolikrát mám pocit, že jeho pohled nenápadně pátravě zkoumá moji hlavu, jestli na ní nenalezne nějaká malá zelená tykadla). Když se mu pak snažím vysvětlit, že kybernetika je vlastně jen věda o řízení, často slyším reakci: “Aha, řízení - takže manažeři a tak, že?” Ne prosím, tak to není. Podobně v médiích často člověk slyší, že se stal nějaký kybernetický zločin. Hodně lidí tak má slovo “kybernetika” spojeno právě s tím, ale to je také hodně zavádějící. Mnoho laiků má též mylný názor typu: “Kybernetika - aha, tak to jsou roboti, že jo?” Bohužel je také zklamu. Rovnítko mezi to rozhodně nepatří.

Slovo kybernetika pochází z řeckého Kybernetés, což znamená kormidelník, protože kormidelník řídí (v jeho případě loď). Za praotce kybernetiky je považován Hérón Alexandrijský (1. století n. l.), který třeba vymyslel samočinné zavírání dveří chrámu. Za skutečného otce kybernetiky je ale považován až Norbert Wiener a jeho kniha z roku 1948 “Kybernetika aneb řízení a sdělování u organismů a strojů”.

Klíčovým pojmem kybernetiky je zpětná vazba (abstraktní pojem označující informaci o aktuálním dění), snímač (měřící nějakou fyzikální veličinu), akční člen (starající se o akce, třeba pohyb) a regulátor (mozek celé soustavy). Obrázek 1 znázorňuje princip zpětné vazby - všimněte si, že regulátor kombinuje informaci z čidel s naším cílem řízení a na základě toho pomocí akčního členu ovlivňuje řízený systém. Fyzické nástroje, které kybernetika využívá k řízení věcí, se souhrnně označují jako řídicí technika. S kybernetikou úzce souvisí i celá řada dalších oborů - počítače, sítě, technika, přenos informace, matematika, fyzika, elektrotechnika, ale třeba i již zmíněná robotika.

Pojďme si to ale ukázat raději na analogii s lidským tělem. Vezměme příklad, který zná asi každý z nás - sprchu. Když si chcete dát sprchu, aniž jste o tom možná dosud věděli,
aplikujete principy kybernetiky. Otočíte kohoutkem a pokožkou ruky (snímač) zjistíte, jaká je teplota vody. Když je moc nízká či vysoká, mozek (regulátor) pomocí informace o teplotě
vody (zpětná vazba) vyhodnotí, zda máte přidat teplou či studenou, tedy otočit rukou (akční člen) patřičným kohoutkem. U řízení strojů to chodí podobně. Jen místo mozku bývá třeba
počítač, ruku nahrazují motory a pokožku například teploměr či jiná čidla.

K čemu ale taková věda o řízení vlastně je? Přináší řadu věcí: ve stručnosti lepší využívání techniky kolem nás, pokrok, automatizaci a tím související větší pohodlí pro člověka. Využití řídicí techniky najdeme dnes prakticky všude - v dopravě se stará o to, abyste se vůbec hnuli z místa, našli svůj kufr na letišti, aby se nesrazily vlaky, lépe fungovala silniční doprava nebo třeba aby se lidé neudusili v tunelech zplodinami. V budovách se stará o to, aby lidem nebylo zima ani teplo, v energetice řídí výrobu a distribuci energie. Průmysl je kapitola sama o sobě - drtivá většiny výroby je dnes zcela závislá na řídicí technice. V oblasti chemie najdeme mnohé aplikace ve výrobě pohonných hmot, chemických látek či třeba čištění odpadních vod. I ve vojenství nebo kosmonautice nalezneme ohromnou spoustu aplikačních příkladů (jak navigovat raketu, aby sestřelila tu nepřátelskou, jak dostat družici na oběžnou dráhu apod.).

V medicíně řídicí technika pomáhá také - existují robotické nástroje, které ulehčují práci chirurgům. V Motolské nemocnici dokonce už řadu let automatizovaní roboti vozí ložní prádlo (celé jedno z podzemních pater, kam se normálně dostanete výtahem, je vyhrazeno právě pro ně - člověk si tam chvilku připadá jako někde v budoucnosti).

Na našem ústavu se zabýváme zejména využitím automatického zpracování medicínských obrazů (rentgeny, CT snímky), tedy aplikovanou informatikou, která ovšem s kybernetikou úzce souvisí. Skládáme třeba obrázky do 3D modelů, které mají lékařům sloužit pro lepší přípravu na operaci. Cílem je, aby si lékař před samotným zákrokem mohl problematickou část pacientova těla prohlédnout například ve virtuální realitě nebo si mohl ortoped vytisknout třeba model komplikovaně zlomené kosti na 3D tiskárně a získat tím názornější představu o následném zákroku.

Dalším z aplikačních případů využití kybernetiky v medicíně, kterému se u nás věnujeme, je třeba sledování poruch chůze u pacientů po specifické operaci mozku. K němu využíváme mobilní robotickou platformu, která jezdí před pacientem a kamerou zaznamenává jeho chůzi. Robot má tedy snímač (kameru), akční člen (pohon kol) a pomocí zpětné vazby (informace o vzdálenosti pacienta) regulátor (počítač, který si robot veze) nastavuje, zda má zrychlit či zpomalit tak, aby pacientovi neujížděl a mohla se tak dobře zaznamenat dynamika jeho chůze, která se následně vyhodnocuje.

Posledním příkladem, který zmíním, může být třeba sledování obličeje pacientů po jiném operačním zákroku, kdy kamera snímá a počítač vyhodnocuje během několika měsíců úspěšnost rehabilitace. V tomto případě je kamera snímačem a funkci regulátoru zastává lékař, který na základě měřených dat dostává objektivní zpětnou vazbu o tom, jak se rehabilitace daří a může díky tomu případně léčbu individuálně uzpůsobit.

Autor je doktorandem na Ústavu počítačové a řídicí techniky

[urlnadstranka] => [poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 45289 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/co-je-to-kybernetika-a-jak-se-da-vyuzit-v-medicine [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [45282] => stdClass Object ( [nazev] => Nový lepší insulin [seo_title] => Nový lepší insulin [seo_desc] => [autor] => Terezie Páníková [autor_email] => Terezie.Panikova@vscht.cz [perex] =>

Cukrovka (latinsky Diabetes mellitus) je onemocnění, při kterém tělo nezvládá regulovat množství glukosy v krvi. O insulinu a jeho roli v diabetu víme už od začátku 20. století. Ve 30. letech 20. století se začal insulin používat pro terapeutické účely. V 70. letech se začalo experimentovat se změnou struktury insulinu, aby lépe sloužil pacientům. V dnešní době se na trhu vyskytuje 6 různých analogů insulinu, ale stále není k dispozici insulin specifický pro játra. A proč bychom měli chtít insulin specifický pro játra? Neváhejte číst dál a dozvíte se!

[ikona] => [obrazek] => 0002~~8_MNUtBVKC4pKs0uKS1KVMjMKy7NycwrBQA.png [obsah] =>

U zdravého člověka slinivka břišní po jídle, kdy se zvýší množství glukosy v krvi, vyplaví insulin, který dá signál svalům a tukové tkáni, aby glukosu začaly přijímat a používat, a pokud je jí moc, také skladovat. Každá tkáň, jejíž příjem glukosy je řízen insulinem, má pro něj specifický receptor. Pro játra má tento signál ještě další význam. Ta mají za úkol upravovat množství glukosy v krvi. Pokud je jí málo, mají v zásobě glykogen (dlouhý a rozvětvený řetězec glukos), ze kterého ubírají a také vyrábějí glukosu procesem zvaným glukoneogeneze (syntéza glukosy ze tří uhlíkatých prekurzorů). Pokud je jí moc, dozví se to navázáním insulinu na tento receptor, přestanou produkovat další glukosu a začnou ji zpátky shromažďovat a ukládat.

Lidé s cukrovkou mají tuto regulaci porušenou. Lidé s cukrovkou typu I (většinou začíná v dětském věku) mají zničené buňky slinivky břišní, které normálně produkují insulin (Beta buňky Langerhansových ostrůvků). Je to pravděpodobně způsobeno autoimunitní reakcí, která je spuštěna vnějším podnětem, ale vědci ani lékaři dosud nepřišli na to, jak tomu zabránit. Neprodukují tedy žádný insulin. Lidé s cukrovkou typu II (většinou začíná u starších lidí) mají neporušenou produkci insulinu, ale receptor pro insulin na něj nereaguje tak, jak by měl. Stejně jako u diabetu typu I, není známa příčina diabetu typu II na molekulární úrovni. Jisté je, že obezita v tom hraje důležitou roli. Vnější dodávka insulinu je život zachraňující pro diabetiky typu I. Diabetici typu II nejdříve začínají s nízko sacharidovou dietou a redukcí váhy, pokud to nestačí, musí také dostávat insulin.

Jak se insulin v případě léčby do těla dopravuje? Nejčastěji injekcemi do podkoží na břiše, ale existují i insuliny podávané intravenózně, nosem, inhalační a jsou snahy o vyvinutí tabletek pro orální podání. Jsou všechny insuliny na molekulární úrovni stejné? Nejsou. Liší se délka působení insulinu. Existují insuliny, které si diabetik může píchnout jen dvakrát denně, a ony se uvolňují z podkožní tkáně do krve dlouhodobě (tzv. pomalý insulin). Jiné typy insulinu naopak působí velmi rychle. Rychle sníží množství glukosy v krvi, ale je třeba si je píchat mnohem častěji.

Když už je takových typů insulinu, dal by se insulin ještě nějak vylepšit? Jedním významným nedostatkem dodávání insulinu do podkoží je, že se nejdříve dostane k vnějším tkáním jako svaly a tuková tkáň a až poté doputuje krví do jater. Během této prodlevy ale játra stále produkují glukosu do krve, protože ještě nedostala signál, že je jí dost. Dal by se insulin upravit tak, aby rychleji doputoval do jater s tím, aby si nejdříve „nevšímal“ ostatních tkání? Na tuto otázku se snaží odpovědět skupina doktora Jiráčka, která pracuje na Akademii věd ČR v Ústavu Organické chemie a biochemie.

Jak se dá takový analog vyrobit? Insulin je peptid, který se skládá ze dvou řetězců spojených mezi sebou dvěma disulfidovými můstky (aminokyseliny cystein spojené vazbou mezi sírou). Pokud změníme jednu aminokyselinu za jinou s jinými vlastnostmi (např. Valin, který je hydrofobní, za aspartát, který je polární), může se změnit i prostorová struktura insulinu. Jak se tako struktura změní a jaký to bude mít vliv na vazbu na insulinový receptor se těžko odhaduje a je třeba každý nový analog vyzkoušet, jak se bude vázat na receptor nebo jak bude stabilní. Aminokyseliny se neobměňují jen tak na slepo. Na základě změny krystalových a NMR (nukleární magnetická rezonance, na obrázku) spekter, se snažíme zjistit změnu prostorové struktury a jaký bude mít vliv na vazbu insulinu na jeho receptor a jakou bude mít biologickou aktivitu.

Cílem těchto experimentů je lépe prozkoumat interakci insulinu s receptorem a vyvinout nové deriváty insulinu, které by mohly poskytnout pacientům větší komfort.

Obrázek: NMR struktura insulinu. U NMR se vzorky měří v roztoku, kde se molekula insulinu pohybuje (jedna obrázek struktury je složen z mnoha měření). Je vidět, že rozvětvené konce řetězců jsou flexibilnější, než jejich prostředek.

Autorka je doktorskou studentkou VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 45282 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/novy-lepsi-insulin [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44618] => stdClass Object ( [nazev] => Laserové nanostrukturování – jak malé struktury ovlivňují vlastnosti velkých materiálů [seo_title] => Laserové nanostrukturování – jak malé struktury ovlivňují vlastnosti velkých materiálů [seo_desc] => [autor] => Dominik Fajstavr [autor_email] => dominik.fajstavr@vscht.cz [perex] =>

„Tam dole je spousta místa.“ Tak zní název přednášky, která dala vzniknout novému oboru nanotechnologie. Jedním ze způsobů jak vytvářet na povrchu materiálu struktury malých rozměrů a tím měnit jeho vlastnosti je laserové nanostrukturování. Tím můžeme zajistit, že materiál bude vhodnější pro růst kožních buněk, reakci povrchu s okolní atmosférou či vedení elektrického proudu daným směrem.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~JY3LCcMwEERbmQKSQCrJIRXIQkRCK61ZfcDuxEcfc3AVwn1lTW5vPsy8JnngiTveeRzJRaxIIQqXyHODqZzGLhpZjxIIM9OS3GV4VtHF-nbjdezn5vL4qkmmOHEJBXYcpNCX2vncQsWHeGr030Op0mJt0rQg3LPJrAgKOVxvPw.jpg [obsah] =>

V průběhu posledních desetiletí bylo úspěšné zvládnutí procesu nanostrukturování (tvorby struktur velmi malých rozměrů) značnou technologickou výzvou. Důvodem, proč se do toho vůbec pustit a překonat tuto výzvu je celá řada výhod a nových materiálových vlastností, které by s sebou zvládnutí procesu nanostrukturování přineslo. Proces je založen na přípravě tvarů různých vzorů v řádu nanometrů na povrchu umělohmotných materiálů, což propůjčuje materiálu nové fyzikální a chemické vlastnosti (například teplota tání materiálu, jeho ochota chemicky reagovat s okolím,…). Mezi nejpopulárnější příklady nanostrukturních vzorů, které lze nalézt v přírodě je noha gekona či lotosový list, kdy v prvním případě nanostruktura poskytuje vysoce přilnavé schopnosti nohy k podložce a v druhém případě schopnost vypuzovat vodu z povrchu. Historicky první inspirace pro vznik oboru nanotechnologie je přisuzována fyziku R. Feynmanovi: „Ukázalo se, že pokud vezmete všechny knihy ze všech knihoven,všechny z celého světa, (...) tak se to všechno vejde do objemu materiálu o hraně jedné setiny palce, což je nejmenší zrnko prachu, které jste schopni vidět.“ Zejména v posledních několika letech bylo možné pozorovat vznik nového odvětví nanostrukturních technik se specifickými funkcemi založenými na laserovém využití.

Laserové nanostrukturování představuje vhodnou alternativu pro tvoření struktur o vysokém rozlišení. Tyto techniky se přizpůsobují jak vlastnostem materiálu, tak požadované struktuře na ploše a to řízením laserových parametrů, jako jsou intenzita, tok, vlnová délka, doba trvání impulsu, celková dávka fotonů, úhel dopadu paprsku a další podmínky ozařování. Nejčastěji dochází ke tvorbě pravidelných bodových a liniových struktur v závislosti na těchto podmínkách. Studie zabývající se oblastí Laserem indukované periodické povrchové struktury (LIPSS) zkoumají způsob, jak laserový svazek vypisuje pravidelnou strukturu na povrch materiálu.

Pravidelný nanostrukturovaný povrch materiálu nachází své uplatnění v biotechnologii jako biosenzory či v mikroelektronice, kde se využívá zlepšených povrchových vlastností k pokovení substrátu.

Současný zájem o využití laserů, ať už jde o vědecký výzkum či průmyslové aplikace, je přímo spojen s jedinečnými vlastnostmi laserového svazku. Laserový paprsek je totiž možno soustředit na malou plochu s velkým množstvím energie. Vzhledem k tomu, že laserový svazek je v podstatě „nehmotný nástroj“, není třeba žádných mechanických upevnění. Výhodou aplikace laserového svazku je rovněž v rychlosti opracování, které lze dosáhnout obtížněji při použití mechanických nástrojů, či běžných zdrojích ohřevu. Pokud je paprsek správně seřízen, zaručuje stálé vlastnosti zpracování. Také, oproti mechanickým nástrojům, laserový svazek nepodléhá opotřebení a ani nekontaminuje sterilní vzorek, což je naprosto zásadní schopnost v oblasti lékařských a biologických aplikací.

Právě v lékařství se nejčastěji využívá tzv. excimerové laser. Název excimerový pochází z excitovaného dimeru. Jedná se o skupinu molekul tvořených kombinací dvou atomů ve vybuzeném stavu, z nichž vždy jeden je vzácný plyn. Excimerové lasery jsou nesilnější lasery existující v UV oblasti. Charakteristické vlastnosti pro mikrostrukturní aplikace excimerového laseru jsou jeho krátké vlnové délky, vysoká energie a vysoký průměrný výkon. Každá funkce podmiňuje specifické aplikace, avšak jejich společným znakem je využití krátkých vlnových délek umožňující ještě vyšší přesnost zobrazování. Využití je vhodné pro vysoce přesné zpracování materiálu, jako například expozice polovodičového materiálu a mikrostrukturování či modelování lidského oka. Příkladem zpracování materiálů je tvorba mřížkových struktur, které mají rozměry sub-mikrometru.

Ozařování excimerovým laserem, obzvláště o vlnové délce 193 nm je vhodné pro práci s buněčnou tkání. Vzhledem ke krátkému času působení paprsku na tkáň po několik ns, dosahuje hloubka tkáně zasažené laserem pouze 100 nm a méně. Mikrochirurgické zákroky, jako je refrakční chirurgie oka, tohoto faktu využívají. Avšak kvůli slabému přenosu záření o vlnové délce 193 nm optickými vlákny, jsou endoskopické operace uvnitř organismu nemožné. Refrakční chirurgie zasahující do povrchu rohovky lidského oka pomocí UV excimerového laseru byla prvně představena roku 1983 a počátkem devadesátých let byly prováděny první operace. Dnes je zcela rutinní chirurgickou operací.

Na ústavu Inženýrství pevných látek VŠCHT také zkoumáme způsoby, jak při práci s excimerovým laserem připravit různé zajímavé struktury na povrchu materiálu. Podařilo se nám za daných podmínek připravit struktury lineární i globulární a měnit jejich velikost a počet podle naší potřeby. Dále je možné plastový materiál pokovit ultra tenkou vrstvou a připravit vzorek, který je zároveň elektricky vodivý a to v množství a směru, jak já potřebuji. Tuto schopnost připravit povrch s přesnou drsností a vodivostí lze využít při výrobě mikroelektronických prvků, biosenzorů nebo v oblasti tkáňového inženýrství. Nanostruktury připravené laserem je totiž možné využít jako substrát pro růst buněk, které se o zdrsněný povrch snadněji zachytí. Navíc při pokovení stříbrem lze využít antibakteriálních vlastností materiálu.

Autor je doktorským studentem Ústavu inženýrství pevných látek.

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [44619] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 44619 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 44618 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/laserove-nanostrukturovani [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44616] => stdClass Object ( [nazev] => Vícečetné emulze v/o/v jako součást funkčních potravin [seo_title] => Vícečetné emulze v/o/v jako součást funkčních potravin [seo_desc] => [autor] => Iveta Klojdová [autor_email] => klojdovi@vscht.cz [perex] =>

Mléčné výrobky jsou velmi často tvořeny jednoduchými emulzemi typu o/v (olej ve vodě) či v/o (voda v oleji), kdy příkladem emulze o/v je mléko a emulze v/o pak máslo. Vícečetné emulze v/o/v (voda v oleji ve vodě) jsou složité struktury, které mohou být součástí funkčních potravin. Z Obr. 1. je patrné, že se jedná o systém, kdy je olejová fáze v jednoduché emulzi o/v nahrazena emulzí v/o. Hovoříme tak vlastně o emulzi v emulzi. Svou průmyslovou aplikaci našly vícečetné emulze v/o/v již v oblasti vývoje léčiv a kosmetice.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~Czu8Njn1SG9qSd7hlQqpuaU5VakKugqZOaXFJUWJR3rzDq9VyE8qOrywKjUbAA.jpg [obsah] =>

A jak se mohou emulze v/o/v uplatnit v potravinách?

V současné době jsou velmi populární funkční potraviny se sníženým obsahem tuku a pozitivním vlivem na lidské zdraví. Mnoho obyvatel vyspělých zemí se totiž potýká s problémem obezity a civilizačních chorob, a tak neustále hledají řešení, jak zlepšit své stravování. „Když on ten nízkotučný jogurt není tak dobrý jako ten smetanový.“ zní pak často od konzumentů. Emulze v/o/v umožňuje přípravu výrobků se sníženým obsahem tuku. A vzhledem k tomu, že vnitřní vodná fáze není během konzumace výrobku v přímém kontaktu s našimi chuťovými buňkami, nevnímáme nižší tučnost výrobku, zdá se nám „smetanový“. Tato vlastnost by tedy mohla být pro mnoho spotřebitelů velmi atraktivní.

Dalším benefitem je, že do vnitřní vodné fáze emulzí v/o/v lze zaenkapsulovat nějakou citlivou bioaktivní látku. Struktura vícečetné emulze v/o/v pak tuto látku ochrání během průchodu trávicím traktem, a snižuje tak její ztráty během trávení. K citlivým bioaktivním látkám patří například vitamíny rozpustné ve vodě či laktoferin, přirozený glykoprotein mateřského mléka, který inhibuje růst mnoha nežádoucích bakterií a plísní a navíc podporuje růst probiotických bakterií. Při vhodně zvolených podmínkách přípravy lze přistoupit i k enkapsulaci probiotických mikroorganismů.

Vzhledem k tomu, že jsou emulze v/o/v složité struktury, musíme ale věnovat velkou pozornost jejich přípravě a stabilizaci. Nejobvykleji příprava probíhá dvoukrokovou emulgací pomocí laboratorního míchadla a homogenizátoru (Obr. 2.), což je zařízení, které se používá při homogenizaci (zmenšení tukových kuliček) mléka. Vhodnou stabilizaci pak zajišťují emulgátory, kdy u mléčných výrobků využíváme emulgačních vlastností mléčných bílkovin, a mimoto i například přídavku polysacharidů. Z těch je v této technologii nejvíce využívaný karagenan, neboť zlepší strukturu celé emulze v/o/v a zamezí vyvstávání olejové fáze. S touto vlastností karagenanu se v běžném životě setkáváme při nákupu šlehačky, u které přídavek karagenanu zabraňuje vyvstávání a lepení mléčného tuku po stěnách balení.

V našich laboratořích na Ústavu mléka, tuků a kosmetiky (322) se zabýváme technologií mléčných výrobků, jejich fyzikálně-chemickými vlastnostmi a inovacemi, kam spadají právě i vícečetné emulze v/o/v, využitím složek mléka, nedílnou součástí je potom mikrobiologie mléka a výzkum v oblasti bakterií mléčného kvašení. Další skupiny jsou zaměřeny na tukařskou technologii, vlastnosti a využití olejů z různých zdrojů. Zabýváme se i kosmetickými výrobky, kdy se podílíme na jejich vývoji a inovaci složení.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu mléka, tuků a kosmetiky.

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [44617] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 44617 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 44616 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/vicecetne-emulze-jako-soucast-funkcnich-potravin [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44544] => stdClass Object ( [nazev] => Moderní kameny mudrců? [seo_title] => Moderní kameny mudrců? [seo_desc] => [autor] => Violetta Pospelova [autor_email] => violetta.pospelova@vscht.cz [perex] =>

Kámen mudrců je bezpochybně jedním z nejznámějších mýtických předmětů. Již od starověku byl objektem bádání alchymistů z celého světa. Co na něm bylo tak zvláštního? Dle legend se daly pomocí kamene mudrců přeměnit kovy na zlato, vyléčit všechny nemoci a dosáhnout nesmrtelnosti. Opomineme-li léčivé schopnosti, kámen mudrců můžeme považovat za prototyp moderního katalyzátoru.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMw1FPwTixJzKmsOrywJL-oUiEvUSHp8MKqTIXcI7NTMhUSFaoy87JLAQ.jpg [obsah] =>

Katalyzátor totiž kouzelným způsobem pomáhá zahájit reakce, které v jeho nepřítomnosti neprobíhají. Toto „kouzlo“ je založeno na snížení tzv. aktivační energie, což je energie potřebná pro zahájení chemické reakce. V současné době se setkáváme s činností katalyzátorů téměř ve všech oblastech běžného života. Katalytické procesy se používají pro výrobu plastů, čisticích prostředků, potravin, paliv a v neposlední řadě pro snížení emisí výfukových plynů motorových vozidel. Přibližně 90 % vyrobených produktů přišlo do styku s katalyzátorem během produkce.

Ze široké škály katalytických procesů nás v laboratoři zaujal konkrétní proces, a to je výroba dvojsytných alkoholů (tzv. diolů). K čemu jsou ty dioly dobré? Používají se například pro výrobu polyuretanů, které určitě znáte v podobě pěnové izolace nebo také se používají jako materiál pro výrobu koleček pro kolečkové brusle.

Ptáte se, co se dá dále zlepšovat, když se zdá, že máme těchto polyuretanů dost? Ano, je to pravda, že produkce je dostačující, nicméně vidíme zásadní problém v používaném katalyzátoru obsahující měď a chrom. Dostáváme se k tomu, že není každý katalyzátor skvělý i přesto, že nám urychluje reakci. V případě CuCr katalyzátorů se během přípravy tvoří velké množství odpadu náročného na likvidaci kvůli obsahu solí s toxickým chromem. Také je obtížná a finančně náročná likvidace použitého katalyzátoru. Jednoduše řečeno, katalyzátor obsahující chrom není „eco-friendly“ a nám na „zelené chemii“ hodně záleží. Vzali jsme si proto za cíl nahradit chrom zinkem, případně hliníkem a optimalizovat katalyzátor tak, aby byl alespoň stejně anebo dokonce i účinnější než stávající katalyzátory.

Proto na Ústavu technologie ropy a alternativních paliv vznikla v roce 2017 nová pracovní skupina s moderním názvem „Copper-zinc group“. Za rok jsme připravili, otestovali a ocharakterizovali více než dvě desítky různých CuZn a CuZnAl katalyzátorů. Dokonce jsme objevili i nové, v literatuře nepopsané, látky v reakční směsi, které přispívají ke tvorbě hlavního produktu. Rozhodně ale máme stále hodně práce před sebou a v současně době hledáme posily mezi studenty.

Autorka je doktorskou studentkou Ústavu technologie ropy a alternativních paliv

[urlnadstranka] => [poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 44544 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/moderni-kameny-mudrcu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44450] => stdClass Object ( [nazev] => Testování korozivních vlastností lihobenzínových směsí [seo_title] => Testování korozivních vlastností lihobenzínových směsí [seo_desc] => [autor] => Olga Pleyer [autor_email] => Olga.Pleyer@vscht.cz [perex] =>

Ropa je základním pilířem moderního života a najedeme ji ve všem, co nás obklopuje. Stačilo 150 let a tato surovina změnila lidský život natolik, až se stala motorem globální ekonomiky. Výroba a spotřeba se neustále zvyšuje a to co příroda tvořila miliony let je v současné době nedostatkovým zbožím. Vzhledem k tomu, že největší část surové ropy je využita na pohonné hmoty (benzin, motorová nafta) je snahou částečně nebo zcela tyto fosilní paliva nahradit. Jednu z alternativ představují biopaliva, tj. paliva vyrobená z biomasy. Navíc je přimíchávání biosložky do pohonných paliv dáno národními legislativními předpisy a požadavky automobilového průmyslu.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~DczNCYQwEAbQVr4GFAL24c27SQYyJM5IfhbWTixhD1uCp2Bfen-82eYRBgOWfpVEniKiZj2k_4Niz-qoNOwKM8ELuYAP_FfWjV3svw2VSm2QFS9MjHqfb2dg6QBLYMtVcxsf.jpg [obsah] =>

Pro automobilové benziny je nyní stanoven obsah bio-lihu na max. 5% obj., což je pro současný stav vozového parku (benzinových automobilů v ČR) plně vyhovující. Podle evropské normy ČSN EN 228 bude od roku 2020 vyžadováno navýšení obsahu bio-lihu až na 10% obj.

Řešení:

Řešení problematiky úspory produkce oxidu uhličitého může představovat náhrada automobilového benzínu bioethanolem vyráběným fermentační technologií z biomasy.

Nevýhody a výhody bioethanolu:

Nevýhody biethanolu spočívají v tom, že má výrazný vliv na opotřebení motoru, má nižší výhřevnost, je hydroskopický a legislativou je omezeno přidávání látek obsahujících vázaný kyslík na maximální hranici 2,7 % hm. O₂ v palivech. Oproti benzinu má bioethanol značné výhody, zejména vyšší hodnotu oktanového čísla a během spalování čistého bioethanolu nebo vysoko-ethanolových lihobenzínových paliv (minimální obsah ethanolu 85% obj.) dochází při analýze emisí ke snížení obsahu CO, nespálených uhlovodíků (UHC) a poklesu oxidu dusíku (NO_x).

Obecně veřejný problém:

Použití bioetanolu jako pohonné hmoty v dopravě je spojeno s řadou technických problémů, avšak největší veřejný strašák je koroze. Strach veřejnosti z destrukce jejího majetku je limitujícím faktorem pro širší využívání těchto bio-paliv v běžném provozu.

Řešení problému:

Jedním ze způsobů, jak ochránit kov před nežádoucí korozí je výběr vhodného materiálu a využití inhibitoru koroze. Inhibitor je určitá látka (nebo směs látek), která potlačuje proces koroze.

Výběr inhibitoru závisí na korozním prostředí (vodné, nevodné), přítomností stimulátorů koroze a na mechanizmu daného inhibitoru. V současné době navíc neexistuje žádná dostupná univerzální databáze či klasifikace, která by umožnila snadnou volbu vhodného inhibitoru.

Na ústavu technologie ropy a alternativních paliv se zabýváme testováním: materiálové kompatibility, korozní rychlosti a účinnosti konkrétních typů inhibitoru koroze v prostředí lihobenzínových směsí. Máme k dispozici vlastní návrh krátkodobého dynamického testu (kolektiv ústavu 215), ale i dlouhodobý statický test, přičemž tyto metody jsou založeny na ztrátě hmotnosti za požadovaný časový interval.

Autorka je doktorandkou Ústavu technologie ropy a alternativních paliv VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [44451] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 44451 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 44450 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/testovani-korozivnich-vlastnosti-lihobenzinovych-smesi [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44448] => stdClass Object ( [nazev] => Krystaly, které zesilují světelné záření [seo_title] => Krystaly, které zesilují světelné záření [seo_desc] => [autor] => Jakub Cajzl [autor_email] => cajzlj@vscht.cz [perex] =>

Fotonika je vědní obor zabývající se vznikem a využíváním světla, respektive světelné energie. Patří do ní celá škála aplikací, jako například světelné zdroje typu laser nebo LED, předávání a zpracování informací „opticky“ v digitálních přenosech včetně internetu pomocí optických vláken, detekce nebezpečných látek pomocí optických senzorů, laserové operace očí, termovize, laserové svařování a řezání kovů, holografie a stále větší množství aplikací z mikro- a nano-fotoniky. Žádná z těchto aplikací by ale nebyla možná, kdyby neexistovaly materiály umožňující vytváření a „ovlivňování“ světla. A právě jedním typem těchto materiálů jsou krystaly. Ovšem ne všechny, nebo alespoň ne v jejich původním „stavu“. Studiem ovlivňování struktury krystalů pro vytváření opticky aktivních krystalů se zabývá skupina materiálů pro fotoniku na ústavu anorganické chemie, VŠCHT Praha.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~JYsxCsIwGEav8o0KtqDgAdRBnRykimNqf2lNTORPGmjv4AHEydGh9AROae9lwfG9x9ulHGOKCIkM71oKcN_WOnzPOTIu875FqRyLSyGU8eF7wyg5jGF993KKbjDWh-ZM_-GiSsNkB-weetA5JFfWCdW3E0hHHD7wVS36Z3kNDTzBF1nhSOkh2DtJx-E9QAOTKmFdEWO1wvIU7ReYxXNshNZksWaTUrQ4bn8.jpg [obsah] =>

Krystalické materiály byly od pradávna považovány za něco cenného a unikátního, především poté, co se lidé naučili krystaly brousit a dělat z nich krásné ozdobné předměty a šperky. Byly známy i typy luminiscenčních – světlo vyzařujících – krystalických materiálů, které dokázali lidé těžit. Nevěděli ale, jak připravit materiály nové, které by měly podobné, nebo dokonce jiné, vlastnosti. Co tedy je luminiscence? Luminiscence z definice není záření způsobené tepelným zářením – jako například rozžhavené wolframové vlákno klasické žárovky – ale jev, kdy objekt vyzařuje světelné záření přechodem mezi energetickými hladinami elektronů ve struktuře materiálu nebo látky po předchozím dodání energie. Energii můžeme dodat luminiscenčnímu objektu různým způsobem – elektricky nebo výbojem (jako např. zářivky nebo LED světla), chemicky (jako např. světlušky), světlem (jako např. lasery), radiací neboli ionizačním zářením (jako např. tritiové luminiscenční prvky u hodinek), tepelně (jako např. termoluminiscenční krystal fluoritu) a dalšími způsoby.

Trvalo velmi dlouho, než lidé objevili způsob, jak cíleně upravovat strukturu krystalických materiálů tak, aby „svítily“ ve specifickém světelném spektru pro jejich využití ve fotonice například pro lasery. Až v průběhu minulého století se podařilo vyrábět specificky „obohacené“ nebo „dotované“ materiály – krystaly, polovodiče, skla, atd. – které vykazovaly luminiscenci v různých spektrálních oblastech – například v ultrafialovém, viditelném i infračerveném světelném spektru. Dotováním nebo obohacením krystalu se myslí proces, kdy se pomocí různých metod do struktury čistého krystalu přidává příměs, která ve výsledku způsobuje požadované vlastnosti – například luminiscenci. Příměsi ve struktuře krystalu totiž způsobují vytvoření nových – a i změny stávajících – elektronových energetických hladin v krystalu, a tudíž mohou být povoleny takzvané zářivé energetické přechody, neboli luminiscence.

Zvídavý čtenář by v tomto bodě možná namítl, proč se k výrobě takto obohacených opticky aktivních materiálů nevyužívají jen skelné materiály, které jsou podstatně levnější na výrobu. A samozřejmě by měl z části pravdu, jelikož převážná většina opticky aktivních fotonických součástek se samozřejmě vyrábí ze skelných materiálů z již řečeného ekonomického důvodu. V optických telekomunikacích jsou hlavním důvodem optická vlákna sloužící pro přenos informací, která se vyrábí ze skelných materiálů. Skelná optická vlákna se lépe navazují a navařují na součástky ze skelných materiálů než krystalických. Jaké jsou tedy výhody (a nevýhody) krystalických materiálů oproti klasickým skelným materiálům? Pro vysvětlení si musíme nejdříve říci, co to krystalický materiál je a jak se liší od amorfního (například skelného) materiálu. Z definice mají krystalické materiály uspořádání atomů (nebo jiných částic, jako například iontů, molekul, klastrů, atd.) na „dlouhou vzdálenost“, čímž se zpravidla myslí více než 10-100 nanometrů – to odpovídá zhruba 100-1000 atomům v řadě. Skelné materiály mají naproti tomu amorfní strukturu, která má relativně náhodné uspořádání, respektive není uspořádána na „dlouhou vzdálenost“. Jelikož mají krystalické materiály uspořádanou strukturu, vykazují řadu „speciálních“ vlastností – jako například jevy: feroelektrický, piezoelektrický, akustooptický, elektrooptický, opticky nelineární, atd. – které skelné materiály nemají. Tyto vlastnosti jsou u krystalů primárně umožněny uspořádaností jejich elektronové struktury a spinů elektronů. Proto mají tyto obohacené krystaly hlavní výhodu oproti obohaceným sklům, že se jimi dá světlo nejen generovat, ale také ovlivňovat – měnit jeho směr, vlnovou délku, absorpci a mnoho další vlastností dané kvantovou povahou světla. Hlavní výhodou skel oproti krystalům by byla naopak jejich nižší cena výroby a velká variabilita složení skla, které můžeme připravit (u krystalů je potřeba zachovat určité přesné složení a podmínky přípravy, aby se vytvořilo uspořádání na dlouhou vzdálenost).

V naší skupině materiálů pro fotoniku se zabýváme přípravou a analýzou vlastností řady skelných a krystalických materiálů dotovanými ionty vzácných zemin (nebo také lanthanoidy) – jako např. erbium, ytterbium, thulium, holmium, neodym, europium, atd. – a také ionty přechodných kovů – jako např. stříbro, měď, chrom, železo, nikl, atd. Z krystalických materiálů se zabýváme nejvíce niobičnanem lithným (LiNbO₃), safírem (Al₂O₃) a oxidem zinečnatým (ZnO). Podařilo se nám úspěšně připravit erbiem obohacený niobičnan lithný pro použití v telekomunikacích jako laditelný optický zesilovač díky celé řadě speciálních optických vlastností LiNbO₃. Všechny uvedené krystaly se nám podařilo obohatit různými metodami lokalizovaného obohacování – např. iontová implantace, dotace z taveniny anorganických solí, vysokoteplotní difúze z napařené vrstvy kovu nebo oxidu, pulzní laserová depozice, atd. – což nachází uplatnění jako přesné fotonické prvky. Mimo obohacování materiálů různými ionty se také zabýváme vytvářením optických vlnovodů v jejich povrchové vrstvě. Díky tomu je možné tyto materiály využívat k vedení světla pro použití v optických telekomunikacích. Na této problematice spolupracujeme s několika českými fotonickými firmami a vědeckými institucemi. V současné době se zabýváme strukturou monokrystalického a nanokrystalického diamantu, který se jeví jako materiál s atraktivními vlastnostmi pro použití ve fotonice – hlavní jsou jeho odolnost a vysoký index lomu světla (každý asi zná, jak blýskají vybroušené diamanty neboli brilianty). Nedávno se nám podařilo obohatit strukturu diamantu ionty erbia, u kterého byla naměřena luminiscence v blízké infračervené oblasti používané pro telekomunikace. Obohacený krystalický diamant může najít uplatnění v laserových aplikacích s vysokým výkonem i u velmi kompaktních vlnovodů díky vysokému indexu lomu diamantu.

Kromě experimentální práce s krystaly a skly se v naší skupině také intenzivně zabýváme teoretickými výpočty a simulacemi obohacených krystalických materiálů. Dokážeme teoreticky vypočítat, jak bude ovlivněna struktura a elektronové hladiny v krystalu změnou pozice dotovaného iontu ve struktuře. To má totiž hlavní vliv na výsledné spektrum světelného vyzařování obohaceného krystalu. Simulaci následně porovnáváme s experimentem.

Již v současné době je vidět, že obor fotoniky – čili vytváření a vedení světla – hraje klíčovou roli jak v digitálním přenosu informací (hlavně internet, TV, ...), tak i v průmyslu, medicíně a dalších oborech. Dnes se pomocí velmi přesných svazků světelného záření neboli laserů obrábí materiály, sváří, ale i provádí přesné chirurgické zákroky. V blízké budoucnosti bude fotonika – a tedy i opticky aktivní krystalické a skelné materiály – čím dál více ovlivňovat naše životy a pomáhat nám.

Autor je doktorandem na Ústavu anorganické chemie VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [44449] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 44449 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 44448 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/krystaly-ktere-zesiluji-svetelne-zareni [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [44446] => stdClass Object ( [nazev] => Matrix biofilmů [seo_title] => Matrix biofilmů [seo_desc] => [autor] => Martina Boháčová [autor_email] => bohacovm@vscht.cz [perex] =>

Vážené dámy, Vážení pánové, už jste někdy viděli biofilm? Pravděpodobně ano, jen jste to možná netušili nebo jste přesně nevěděli, o co se vlastně jedná.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwVNBVSErMLkktykxVKFNIysxPy8zJLQUA.jpg [obsah] =>

Biofilmy nejsou žádné filmy s biologickou tématikou, ani filmy z dobře rozložitelného materiálu. Jedná se o živá společenstva mikroorganismů přisedající k povrchu (Obr. 1). Existence těchto společenstev nachází uplatnění v bioremediačních procesech, např. při čištění odpadních vod. Biofilmy ale také významně negativně zasahují do potravinářského průmyslu, kde se podílejí na kontaminaci potravin. V medicíně biofilmy rostou na katetrech či kloubních implantátech a znepříjemňují léčbu pacientům i doktorům.

Biofilmy nacházíme v prostředí mnohem častěji, než se původně myslelo. Vědci zjistili, že až 98 % všech bakterií vytváří v prostředí biofilmy, ať už jedno- nebo vícedruhové, na živém nebo neživém povrchu.

Kladete si otázku, jak si takový biofilm v praxi představit? Někdo by snad řekl, že se jedná o „špínu v koupelně“ nebo o „povlaky v trubkách“ a vlastně má pravdu. Já osobně bych ale dala přednost komplexnější představě obřích měst plných bakterií (Obr. 2). V těchto městech dochází k opravdovému transportu hmoty, komunikaci, toku informací, produkci odpadu nebo konzumaci živin. Také se zde boří staré domy a dochází ke stavbě nových čtvrtí i domů. Ať už se jedná o mrakodrap nebo rodinou vilku, obsahují tyto domy vodu, ale i živé bakterie slepené matricí, díky které drží celé společenství pospolu.

Matrix se skládá z několika mimobuněčných polymerních látek, jako jsou bílkoviny, cukry nebo extracelulární DNA. Tyto látky však plní mnohem více funkcí než jen podpůrnou, jsou důležité pro ochranu buněk biofilmu proti stresovým vlivům okolního prostředí nebo k vytvoření ochranné bariéry při aplikaci dezinfekčních prostředků a antibiotik. Neméně důležité jsou také pro prvotní přilnutí bakterie k povrchu.

Analýza částí matrice povede k prohloubení znalostí o struktuře biofilmu a následně i jeho odstraňování. V naší laboratoři studujeme matrici biofilmů různých potravinářských patogenů, jejich odolnost k antimikrobiálním látkám a možnosti rozrušení biofilmů pomocí nových technologií jako jsou matrix narušující enzymy nebo nanočástice.

Autorka je doktorandkou Ústavu biochemie a mikrobiologie VŠCHT Praha

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [44491] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 44491 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 44446 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/biofilmy [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [43148] => stdClass Object ( [nazev] => Nanočástice stříbra - ochránce stavebních materiálů [seo_title] => Nanočástice stříbra - ochránce stavebních materiálů [seo_desc] => [autor] => Radek Žouželka [autor_email] => radek.zouzelka@jh-inst.cas.cz [perex] =>

Stříbro se už dávno před antibiotiky používalo pro léčebné účely. I v současnosti se rozvíjí výzkum, jak využít stříbro jako alternativu k antibiotikům, proti kterým některé bakterie získaly rezistenci, nebo ve stavebnictví.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~808q0lMwdFTQVfBLzMs_0nt4YXFJZnKqQnHJ0ZmH1yYVJSpoGJsq5OVqKlQpFORn5KSmlCqUFCXmFedmFucdXquQmpOaXVKUn5dfdnilQm5mdlF-cXZ-QWYqAA.png [obsah] =>

Antibakteriální aktivita stříbra je známa již po staletí. Od dob antického Řecka a Říma se používají stříbrné nádoby na uchovávání a konzervaci vody i jiných tekutin, protože zajišťují jejich zdravotní nezávadnost. Panovníci jedli ze stříbrného nádobí, aby si chránili své zdraví. Od 19. do počátku 20. století bylo koloidní stříbro používáno v mikrobiologii a v lékařství. Krystalický dusičnan stříbrný, tzv. pekelný kamínek, se používal k léčbě bradavic. S objevem penicilinu roku 1928 sirem Alexanderem Flemingem využití stříbra v lékařství ustupuje, protože výroba penicilinu byla značně levnější a množství potřebné k léčbě bylo několikanásobně nižší. Hojné užívání antibiotik v druhé polovině 20. století však přineslo i významný negativní aspekt, a sice vznik rezistence bakterií k antibiotikům. Výzkum se proto vrátil k nanočásticím stříbra, protože u nich dosud nebyla objevena rezistence k patogenním bakteriím. Nanočástice stříbra ničí velké množství druhů bakterií, plísní a virů, zatímco antibiotika jen některé z nich.

Mechanismus biocidního účinku působení nanočástic zatím není zcela objasněn. Existuje několik teorií. Velmi malé nanočástice (1–15 nm) mohou do buňky vstupovat přes její stavební jednotky (buněčná stěna, lipidická membrána) difuzí. Mohou být rovněž do buňky deportovány prostřednictvím vesikuly (bilipidický útvar). Jakmile se vesikula dostane do buňky, zvýšený osmotický tlak způsobí proniknutí vody do vesikuly, což vede k jejímu prasknutí. Uvolněné nanočástice stříbra následně reagují s thiolovými skupinami proteinů, čímž dojde k jejich inaktivaci a ukončení důležitých metabolických pochodů v buňce. Dalším způsobem, jak mohou nanočástice nenávratně poškodit buňku je náraz do buněčné stěny. Zejména se jedná o částice velikosti jednotek nanometrů, které se pohybují vysokou rychlostí v důsledku Brownova pohybu. Po nárazu buňka může být natolik poškozená, že přestane plnit své životní funkce. Nanočástice se mohou rovněž na povrchu buňky adsorbovat a poté se rozpouštět na ionty, které difundují do buňky. Tento mechanismu je charakteristický opět pro velmi malé částice o velikosti jednotek nanometrů, u nichž dochází k produkci významného množství stříbrných iontů.

V současné době je široce diskutované téma srovnání toxicity nanočástic a iontů. Avšak je obtížné rozhodnout, co je toxičtější. Je nutno vzít do úvahy, že v přítomnosti nanočástic se nacházejí i ionty, které se z těchto částic uvolňují. S klesající velikostí částice je stále větší podíl atomů stříbra přítomen na povrchu. U nanočástice o velikosti jednotek nanometrů je jich na povrchu přítomno až 50%, což vede k uvolnění velkého množství stříbrných iontů do okolního prostředí. Z toho plyne, že při biocidním působení dochází k synergii částic a iontů. Naproti tomu u částic o velikosti 15-ti a více nanometrů k tomuto efektu nedochází, protože podíl uvolněného iontového stříbra je nižší než 1%. Důležitou roli hraje také tvar stříbrných nanočástic. Nanočástice tvaru trojúhelníku hubí některé kmeny bakterií účinněji než částice kulovité. V našem výzkumu jsme zjistili, že nanočástice stříbra mají srovnatelnou nebo lepší antibakteriální aktivitu než stříbro iontové.

Nanočástice lze připravit v zásadě dvěma způsoby. První možností je metoda top-down, kdy pomocí mletí, rozbíjení či rozrušování dochází ke zmenšování částic. Dosažení rozměru v řádu jednotek až desítek nanometrů je touto metodou však velmi obtížné. Proto se častěji používá metoda bottom-up, při níž se z iontového stříbra jeho redukcí a následným růstem vytvářejí stabilní nanočástice malých rozměrů.

Z technologického hlediska je však aplikace nanočástic dispergovaných ve vodě nevýhodná, protože dochází k jejich nerovnoměrnému nanesení. Částice mohou tvořit shluky, ztrácet svou funkci a rovněž mohou být z povrchu smyty. Povrch může časem zčernat vlivem působení okolního prostředí. V případě, že povrch je mikroorganismy či zelenými řasami již napaden, je velmi účinné použít disperzi nanočástic v nevodném prostředí, např. v alkoholu. Tímto způsobem dojde k zesílenému efektu dvou biocidních látek, kdy v první fázi alkohol mikroorganismy naruší nebo zcela usmrtí a po jeho odpaření začne působení nanočástic.

V Centru pro inovace v oboru nanomateriálů a nanotechnologií Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR se zabýváme využitím těchto nanočástic jako preventivní ochranu povrchů stavebních materiálů před napadením organismy, jako např. plísní Penicillium chrysogenum či zelenou řasou Chlorella vulgaris. Prokázali jsme, že nanometrové nanočástice stříbra již při velmi nízkých koncentracích účinně likvidují uvedené organismy. V současnosti se snažíme nanočástice zabudovat do gelové struktury, protože tato forma má hned několik výhod: (i) snadno se nanáší na ošetřovaný materiál, (ii) podle potřeby můžeme měnit fyzikálně-chemické vlastnosti gelu, (iii) přidat do něj i další nanočástice s odlišnou funkcí a vytvořit tak multifunkční gel.

Při využití tohoto kompozitního materiálu v praxi spolupracujeme s partnery z oblasti restaurování. Pilotní pokusy již byly provedeny na katedrále Sv. Víta a na hradbách Vyšehradu, kde je biokoroze závažným problémem. První výsledky vypadají velice nadějně.

Legenda k obrázkům

Obr. 1: Nanočástice stříbra (A, 35 nm; B, 5 nm) z pohledu transmisní elektronové mikroskopie.

Obr. 2: Kultura plísně Penicillium chrysogenum při kontaktu s nanočásticemi (vzorek 1 - 3) a ionty (vzorek 4 - 6) stříbra o různé koncentraci. Vzorek 22, kontrolní vzorek bez přítomnosti stříbra.

Testy toxicity byly provedeny v Národním archivu, Oddělení péče o fyzický stav archiválií, Mgr. Bronislavou Bacílkovou.

Autor je doktorským studentem na Ústavu fyzikální chemie Fakulty chemicko-inženýrské

[urlnadstranka] => [poduzel] => stdClass Object ( [43171] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 43171 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 43148 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/nanocastice-stribra-ochrance-stavebnich-materialu [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [42163] => stdClass Object ( [nazev] => Může chmel léčit? [seo_title] => Může chmel léčit? [seo_desc] => [autor] => Jakub Nešpor, Kateřina Štulíková [autor_email] => nesporj@vscht.cz; stulikoa@vscht.cz [perex] =>

Když se řekne chmel, drtivé většině populace se vybaví pivo. Je pravdou, že v pivovarství představuje chmel otáčivý (Humulus lupulus L.) nezastupitelnou surovinu. Ovšem výjimečnost této rostliny je v tom, že zasahuje i do celé řady jiných oborů, zejména pak do lékařství, kde je chmel využíván již více než 2000 let. Od starověku jej léčitelé používali při léčbě nemocí a obtíží, jako například malomocenství, zápachu nohou, proti zácpě, či při čištění krve (Karabin a kol., 2015). Od té doby dodnes prošla medicína složitým vývojem, přesto i v současnosti chmel představuje v tradičním léčitelství potenciální řešení při léčbě řady zánětů, nespavosti, hormonálních poruch, případně zlepšení funkce gastrointestinálního traktu (Zanoli a Zavatti, 2008).

[ikona] => [obrazek] => 0001~~8z26_ui-VIXkjNzUHIWcwyuP9GaW2Cu45ZfkWyl4JWaXJin4pR5dWJBfBAA.jpg [obsah] =>

Využívání chmele našimi předky vedlo k jeho intenzivnímu pěstování, které je sice stále primárně zaměřeno na využití k potravinářským účelům, ale dlouholetým úsilím byly úspěšně vyšlechtěny i odrůdy se zvýšeným obsahem látek s pozitivními účinky na lidské zdraví. Ty se nalézají přímo v chmelových hlávkách a patří mezi ně zejména pryskyřice, silice a polyfenolové sloučeniny. Poslední zmiňované zahrnují i skupinu prenylovaných flavonoidů, látek které se v uplynulém desetiletí dostaly do popředí vědeckého zájmu. Jejich účinky byly zkoumány v mnoha odborných studiích a následně se začaly využívat jako součást léčebných terapií (Zanoli a Zavatti, 2008). Mezi nejvýznamnější prenylované flavonoidy patří: xanthohumol, desmethylxanthohumol, společně s 6-prenylnaringeninem a 8-prenylnaringeninem. Je známo, že xanthohumol je schopen inhibovat tvorbu prokarcinogenů (látek účastnících se rozvoje rakoviny) a zároveň indukovat enzymy podílející se na likvidaci karcinogenů či dokonce zamezit růstu nádoru jak v jeho rané, tak i v pokročilé fázi bujení, a tím působit proti projevům rakoviny (Karabin a kol., 2015). Tyto významné vlastnosti byly potvrzeny zatím in vitro, čili v umělých podmínkách „ve zkumavce“ (Ramos, 2008). Odhaduje se, že přibližně 18 % všech případů rakoviny je spojeno s chronickými záněty obvykle způsobených nadměrnou produkcí tkáňových aktivátorů zánětu, zejména prostaglandinů a i zde bylo prokázáno, že prenylflavonoidy inhibují klíčové enzymy účastnící se jejich tvorby, čímž přímo ovlivňují výslednou tvorbu zánětů (Gerhauser a kol., 2002).

Flavonoidy mají také širokou antimikrobiální aktivitu, byl potvrzen antibiotický účinek xanthohumolu proti mnoha bakteriím, virům, plísním a prvokům, což jsou původci řady onemocnění (Gerhauser, 2005).

Prenylované flavonoidy mají strukturní podobnost s estrogeny (ženské pohlavní hormony, látky zodpovědné pohlavní diferenciaci), což jim umožňuje působit obdobným účinkem. Jedním z nejúčinnějších doposud identifikovaných rostlinným estrogenů je 8-prenylnaringenin, jemuž byla ve studiích in vitro prokázána schopnost napodobovat jeden z hlavních ženských hormonů (Chadwick a kol., 2006).

Kromě pozitivních účinků chmelových prenylflavonoidů je pro jejich využití v humánní medicíně nezbytné věnovat pozornost i jejich potenciální toxicitě. Xanthohumol je velmi zajímavá látka s protinádorovými účinky, proto je velmi důležité, aby vedle těchto účinků, měl i velmi nízkou toxicitu vůči normálním buňkám (Hudcova a kol., 2014). In vitro bylo zjištěno, že i zvýšené koncentrace nemají žádné výrazné negativní účinky na zdravé lidské hepatocyty. Velmi slibné se zdají i výsledky testování toxicity 8-prenylnaringeninu v klinických studiích, který byly provedeny u žen po menopauze a nebyla zjištěna žádná akutní toxicita a ani žádné negativní účinky na tvorbu pohlavních hormonů, nebo na srážlivost krve (van Breemen a kol., 2014).

Na ústavu biotechnologie VŠCHT Praha dlouhodobě probíhá studium prenylovaných flavonoidů a dalších důležitých sloučenin obsažených v chmelu. Společně s tím jsou hledány způsoby jak navýšit finální obsahy látek s pozitivním účinkem na lidské zdraví, ať již v pivu samotném, tak i v jiných potravinách případně připravit potravinové doplňky, jejichž konzumace by se pozitivně projevila snížením civilizačních chorob. S těmi se potýká významná část současné vyspělé civilizace.

Bibliografie

Gerhauser C. (2005) Broad spectrum antiinfective potential of xanthohumol from hop (Humulus lupulus L.) in comparison with activities of other hop constituents and xanthohumol metabolites, Molecular Nutrition & Food Research, 49, str. 827-831.

Gerhauser C., Alt A., Heiss E., Gamal-Eldeen A., Klimo K., Knauft J., Neumann I., Scherf H. R., Frank N., Bartsch H., Becker H. (2002) Cancer chemopreventive activity of Xanthohumol, a natural product derived from hop, Molecular Cancer Therapeutics, 1, str. 959-969.

Hudcova T., Bryndova J., Fialova K., Fiala J., Karabin M., Jelinek L., Dostalek P. (2014) Antiproliferative effects of prenylflavonoids from hops on human colon cancer cell lines, Journal of the Institute of Brewing, 120, str. 225-230.

Chadwick L. R., Pauli G. F., Farnsworth N. R. (2006) The pharmacognosy of Humulus lupulus L. (hops) with an emphasis on estrogenic properties, Phytomedicine, 13, str. 119-131.

Karabin M., Hudcova T., Jelinek L., Dostalek P. (2015) Biotransformations and biological activities of hop flavonoids, Biotechnology Advances, 33, str. 1063-1090.

Ramos S. (2008) Cancer chemoprevention and chemotherapy: Dietary polyphenols and signalling pathways, Molecular Nutrition & Food Research, 52, str. 507-526.

van Breemen R. B., Yuan Y., Banuvar S., Shulman L. P., Qiu X., Alvarenga R. F. R., Chen S. N., Dietz B. M., Bolton J. L., Pauli G. F., Krause E., Viana M., Nikolic D. (2014) Pharmacokinetics of prenylated hop phenols in women following oral administration of a standardized extract of hops, Molecular Nutrition & Food Research, 58, str. 1962-1969.

Zanoli P., Zavatti M. (2008) Pharmacognostic and pharmacological profile of Humulus lupulus L., Journal of Ethnopharmacology, 116, str. 383-396.

Autoři jsou doktorskými studenty VŠCHT Praha

[poduzel] => stdClass Object ( [42164] => stdClass Object ( [nadpis] => [iduzel] => 42164 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => [sablona] => stdClass Object ( [class] => galerie [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 0 ) ) ) [iduzel] => 42163 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/muze-chmel-lecit [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [42797] => stdClass Object ( [nazev] => Jak skladovat ropu efektivně? [seo_title] => Jak skladovat ropu efektivně? [seo_desc] => [autor] => Violetta Pospelova [autor_email] => violetta.pospelova@vscht.cz [perex] =>

Skladování ropy je jednou z podhodnocených součástí ropného průmyslu. Ropa se skladuje nejen pro okamžitou spotřebu, ale také jako nástroj pro zmírnění kolísání cen na trhu.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~C8ovyDu8UuHwruLElEoA.jpg [obsah] =>

Ropa může být skladována krátkodobě anebo dlouhodobě ve velkokapacitních zásobnících za účelem zajištění plynulého zásobování rafinerií, případně za účelem uchování rezerv pro případ déletrvajících výpadků dodávek této suroviny. Takové zásoby jsou udržovány ve formě tzv. státních hmotných rezerv, jejichž objem je dán legislativou.

Vzhledem ke komplexnímu charakteru složení ropy je skladování provázeno určitými změnami její kvality, např. vylučováním pevných podílů, především parafinických uhlovodíků. Pevné částice mají tendenci se usazovat na dně nádrží a tím snižovat jejich kapacitu. Kromě toho kal může způsobovat bodovou korozi a také problémy při vypouštění nádrží.

Jak velký problém to opravdu je?

Lze to jednoduše popsat na příkladu ropné nádrže o objemu 50 000 m³, kde tato vrstva úsad může dosahovat výšky 1,5 m, což se v poměru k velikosti celé nádrže nemusí zdát mnoho. V přepočtu na objem to ale tvoří několik tisíc m³.

Jednou z možností prevence tvorby velkého množství ropných kalů je pravidelné míchání nádrží např. vrtulovými míchadly. To však kromě nutné investice představuje nezanedbatelné provozní náklady na energii.

Co se děje s takovým obrovským množstvím úsad?

Pokud k vytvoření vrstvy úsad dojde, tak se v současnosti problém řeší nejčastěji mechanicky. Buď se úsady odstraní ručně anebo pomocí robotické techniky. Během čištění se uvolňují páry, nebezpečné jak pro pracovníky, tak i pro životní prostředí. Jiná možnost je chemické čištění pomocí rozpouštědel nebo detergentů.

Pokud to mechanické vlastnosti vzniklých úsad dovolí, mohou být zpětně rozmíchány do objemu ropy pomocí tryskových mixerů instalovaných přímo do nádrží.

Na Ústavu technologie ropy a alternativních paliv řešíme problém usazování pevných podílů ropy na dně nádrží a snažíme se najít cestu k tvorbě co nejmenší vrstvy úsad během dlouhé doby skladování. Jedním z posledních návrhů byl přídavek vysokomolekulárních polymerních látek do nádrže za účelem zpomalování sedimentace vysrážených pevných částic parafinů. Pro ověření účinnosti navržených způsobů zde byl v rámci spolupráce s provozovatelem skladovacích nádrží, společností MERO ČR, a.s., vyvinut postup modelového skladování v laboratorním měřítku. Tento postup slouží k simulaci podmínek dlouhodobého skladování v nádržích a umožnuje změny chování ropy zaznamenávat v sledovaném čase.

Ptáte se, proč jsou tyto experimenty důležité? Na chvíli si představte, že stát bude nucený použit všechny svoje státní rezervy, které dle zákona mají stačit k pokrytí spotřeby ropné suroviny po dobu 90 dní. Tyto úsady v nádržích budou zlikvidovány, avšak mohly by zabezpečit ještě dalších 7 dní. Což by při případném nedostatku ropné suroviny bylo jistě podstatné. Je to sice pesimistický pohled na věc, ale jak se říká: „Kdo je připraven, není překvapen“.

[urlnadstranka] => [poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 42797 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/ropne-usady [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) [41937] => stdClass Object ( [nazev] => Invaze bakterií anammox na čistírny ušetří stočné [seo_title] => Invaze bakterií anammox na čistírny ušetří stočné [seo_desc] => [autor] => Vojtěch Kouba [autor_email] => Vojtech.Kouba@vscht.cz [perex] =>

Podobně jako v domácnostech šetří spotřebu elektrické energie úsporné zářivky, na čistírnách odpadních vod šetří elektřinu mj. anammox bakterie. Tyto nedávno objevené bakterie jsou základním kamenem inovativních biotechnologií, které čistí odpadní vody od sloučenin dusíku úsporněji, než bylo dosud možné. Na VŠCHT Praha vyvíjíme postupy, které anammox bakteriím umožní expandovat, a my více ušetříme na stočném.

[ikona] => [obrazek] => 0001~~Fc0xCsJAEEbhq_xlAiKIYGGXKGJqwX5ws2Hc3RnYzQb1NpZWnkCbkHsZ21d8rxIKQW8I7KJq7Eg4hTuKOL2nrw7jswSbVnq27HQgGV8gIT9-HppxaE5HFEnFEGqbN6v1AjsSw4b6nFBHvZBhgs2-m1u5RJV7jY622M8Kzu01tN79Nz8.jpg [obsah] =>

Počátky anammox sahají do začátku devadesátých let 20. století, kdy holandský vědec Arnold Mulder objevil, že v jedné z nádob s anaerobními bakteriemi se zcela nečekaně „ztrácel“ dusík. Mulder tento proces nazval „anaerobní oxidace amoniaku“, zkráceně anammox. Jde o mikrobiální proces, ve kterém bakterie anammox čistí vodu přeměnou amoniaku (NH₃) a dusitanů (NO₂^-) na plynný dusík (N₂), čímž získávají energii. Příroda pomocí anammox bakterií uvolňuje z moří, oceánů a jezer do atmosféry až polovinu veškerého dusíku. Děje se tak v těch vodách, kde je nedostatek kyslíku a organického uhlíku pro procesy nitrifikace-denitrifikace. Podobná situace je i na čistírnách odpadních vod, kde se snažíme odstranit dusík s co nejnižší spotřebou kyslíku a organického uhlíku. Dodávka kyslíku totiž tvoří největší položku provozních nákladů na čistírně, a organický uhlík v odpadní vodě umíme přeměnit na bioplyn.

Dnes anammox na čistírnách nasazujeme jen na teplou odpadní vodu bohatou na dusík, přičemž drtivá většina dusíku protéká v mnohem chladnějším hlavním proudu odpadní vody. Zde je ale anammox bakteriím zima, a navíc prohrávají souboj o dusitany s konkurenčními nitratačními mikroorganismy. Anammox bakteriím se v těchto podmínkách daří asi jako Kleopatře pod stanem v zasněžených Krkonoších, není zvyklá na zimu ani na boj o rohlíky v samoobsluze s davem nepřizpůsobivých.

Aby mikroorganismy anammox dokázaly vyčistit veškerý dusík na čistírně, je třeba Kleopatru otužit a zbavit konkurence nepřizpůsobivých.

Jak anammox otužit? Jednou možností je Kleopatru aklimatizovat, tj. z Egypta ji nechat přivyknout podmínkám nejprve v Praze, pak v Brdech, na Šumavě, a až pak vyrazit do Krkonoš. Další možnost je ulovit a naverbovat již otužilé anammox mikroorganismy třeba z Arktidy nebo Sibiře. Obě tyto možnosti ale trvají mnoho měsíců až let a nejsou příliš praktické, a proto hledáme způsoby, jak bakterie anammox otužit rychleji a jednodušeji.

Přišli jsme proto s nápadem anammox bakterie vystavovat studeným šokům, tj. krátkým extrémně studeným sprchám. Naše první experimenty ukázaly, že studené šoky mají potenciál anammox bakterie otužit i rychleji než aklimatizací. Tento nápad proto nyní rozvíjíme v týmu doc. Bartáčka za finanční podpory od Grantové Agentury České Republiky. Dále zjišťujeme, jestli otužilé zůstanou i další generace Kleopater, a jaké konkrétní fyziologické změny studené šoky v anammox bakteriích vyvolávají.

Dále anammox potřebujeme zbavit konkurence nežádoucích nitratačních mikroorganismů, tj. zvýhodnit Kleopatru v boji o rohlíky s místními nepřizpůsobivými. Proto jsme zavřeli samoobsluhu a zavedli expresní dodávku rohlíků přímo do Kleopatřina stanu. Anammox bakterie jsme totiž oddělili od nitritačních mikroorganismů (pekaři rohlíků), kteří pro anammox produkují dusitanový dusík.

Aby se nám místní nepřizpůsobiví nevetřeli už do pekárny, podlahu v pekárně jsme přestavěli na jeden rychlý běžící pás a najmuli pekaře sprintery, takže místní krkonošští nepřizpůsobiví jsou z pekárny lifrováni ven a v pekárně se proto nenají. Chytrým řízením nitritačního reaktoru totiž stimulujeme růst rychle rostoucích nitritačních bakterií, a zároveň nežádoucí nitratační bakterie vyplavujeme pryč. Najdou se sprinteři i mezi místními nepřizpůsobivými? Zatím nevíme o žádných nitratačních mikroorganismech s vysokou růstovou rychlostí, co umí růst mimo biofilm, nejrychlejší nepřizpůsobiví tedy zřejmě trénují mimo Krkonoše.

V dalším kroku budeme tuto strategii pro nitritaci optimalizovat v poloprovozu na ČOV Plzeň, a dále zde plánujeme nainstalovat i anammox. Pokud vše dobře nastavíme, nitritační a anammox bakterie budou čistit odpadní vodu na čistírně od dusíku téměř zadarmo. Kleopatra bude odebírat rohlíky přímo od pekařů, a místní nepřizpůsobiví umřou hlady. Bakterie mají těžký život, ale my díky nim šetříme na stočném.

Autor je doktorským studentem na Ústavu technologie vody a prostředí

[poduzel] => Array ( ) [iduzel] => 41937 [canonical_url] => [skupina_www] => Array ( ) [url] => /popularizace/doktorandi-pisou/2018/bakterie-anammox-v-COV [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_obrazek [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) ) ) [sablona] => stdClass Object ( [class] => stranka_ikona [html] => [css] => [js] => [autonomni] => 1 ) [api_suffix] => )

Vítejte ve světě moderní chemie

VŠCHT Praha - Výzva, která se vyplatí

Oddělení komunikace

Michal Janovský

Jan Kříž

Bára Uhlíková

Barbora Strasserová

Annemarie Havlíčková

Lumír Košař

Jana Sommerová

Dana Kardová (rozená Bílková)

Poradenské a kariérní centrum

Alumni VŠCHT Praha

Chyba 404