Češi vyvinuli nejmenší kovové nanomagnety na světě. Mohou změnit medicínu

Nejmenší kovové magnety na světě vyvinuli vědci z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů Univerzity Palackého v Olomouci spolu s kolegy z Prahy a Singapuru. Na jejich přípravu využili grafen, který posloužil jako chemická past pro tvorbu a stabilizaci magnetických kovů o velikosti několika nanometrů.

Odborníci již testují jejich účinnost v lékařské diagnostice, uplatnění ale mohou najít třeba i v ekologii, elektronice či biotechnologiích. Společnou práci českých výzkumníků zveřejnil v těchto dnech prestižní časopis Nature Communications.

  • Grafen je supertenká forma uhlíku strukturou podobná grafitu, představující nejpevnější známý materiál na světě. Na výšku má pouze jeden atom a je průhledná, v důsledku této de facto 2D struktury má také některé zvláštní fyzikální vlastnosti.

Základem úspěchu se stala právě kombinace nanočástic železa, niklu či kobaltu s chemicky upraveným grafenem. Grafen si lze představit jako jedinou vrstvu atomů uhlíku, která je pevnější než ocel, zcela propouští procházející světlo a vede elektrický proud lépe než měď.

„Pokud tento materiál chemicky upravíme, můžeme významně ovlivnit jeho elektrické, optické i magnetické vlastnosti. Tentokrát jsme využili vhodné funkční skupiny k jakémusi uvěznění malých kovových nanočástic mezi listy grafenu, a tím zabránili jejich oxidaci na dosud běžně využívané, ale méně magnetické oxidy kovů. Získali jsme tak novou třídu na vzduchu stabilních a velmi silných magnetů,“ popsal vedoucí projektu a ředitel RCPTM Radek Zbořil.

O nanočástice čistých kovů se vědecká komunita zajímá po desetiletí zejména kvůli schopnosti vykazovat takzvaný superparamagnetismus. „Tento jev je vlastní velmi malým magnetickým částicím, které vykazují silnou a rychlou odezvu, pokud jsou vystaveny účinkům vnějšího magnetického pole. Zatímco u nanočástic oxidů kovů byl tento fenomén dobře popsán, u čistých kovových částic, které vykazují mnohem silnější magnetismus, byl pouze teoreticky předpovězen. Takto malé kovy jsou totiž mimořádně reaktivní a za běžných podmínek na vzduchu shoří,“ říká Jiří Tuček z RCPTM, jeden z předních českých fyziků v oblasti magnetismu.

Pokud plně pochopíme podstatu tohoto jevu, může to znamenat zásadní přelom ve fyzice a chemii pevných látek.
Radek Zbořil
ředitel RCPTM

Jak tedy dokázali Češi překonat tuto experimentální výzvu? „Metoda přípravy je poměrně jednoduchá – vyžaduje práci ve vodíkové atmosféře a využití kyslíkových funkčních skupin, které pevnou vazbou propojí grafen a nanomagnet. Technologie dovoluje připravit širokou škálu takto malých a stabilních kovových magnetů. Navíc je lze vyrobit jednorázově ve velkých množstvích. Právě dostatečná produkce bývá hlavním problémem uplatnění mnoha slibných technologií na bázi grafenu,“ vysvětluje Zdeněk Sofer z pražské VŠCHT, který stál u vývoje syntetických postupů.

Nahrávám video

Praktické využití nanotechnologie změní svět

  • Nanometr (značka nm) je délková jednotka, 10−9 neboli 1 miliardtina metru.

Český tým již prokázal účinnost kovových nanočástic v lékařské diagnostice. Jak ukázaly experimenty na myších modelech v brněnských laboratořích Ústavu přístrojové techniky AV ČR, kovové magnety slouží jako velmi perspektivní kontrastní látky při zobrazování magnetickou rezonancí.

Aplikační potenciál technologie je však mnohem širší. „Ukotvené magnetické nanočástice dovolují jednoduše manipulovat s grafenem a přitom neovlivňují jeho unikátní povrchové a fyzikálně-chemické vlastnosti. Kompozit tak může nalézt uplatnění jako citlivý elektrochemický senzor, ale i v elektronice nebo magnetooptických technologiích. Možnost snadného transportu v kombinaci s ukotvením chemických substancí na povrch grafenu nabízí prostor také v technologiích čištění vod, ale i při cíleném transportu léčiv nebo separaci důležitých biomolekul v biochemii a potravinářství,“ naznačil další z českých spoluautorů Martin Pumera, který působí na přední světové univerzitě v Singapuru.

Léky přímo na místo

Jedna z oblastí, od níž si vědci slibují v souvislosti s nanomateriály – a tedy i nanomagnety – nejvíce, je takzvaný cílený transport léčiv. Základní myšlenkou je doručení léčivé látky jen do nemocné části těla (klidně i jen do jediné buňky).

To jednak zamezuje negativnímu působení léčivých látek na zdravé buňky, současně to pomáhá při maximalizaci jejich léčivého účinku. Nanomagnety by v tom mohly jednou hrát klíčovou roli – především by mohly celou metodu velmi zrychlit a zřejmě i zlevnit.

Podívejte se na rozhovor s vedoucím projektu a ředitelem RCPTM Radkem Zbořilem:

Nahrávám video

Typickým případem, kde si vědci od cíleného transportu léčiv slibují nejvíce, je chemoterapie nádorových onemocnění. Právě tam totiž mají cytostatika velmi silné vedlejší toxické účinky na zdravé tkáně. Pacientovi je dnes možné podat jen omezené množství látek, během transportu na cílové místo jich spousta zmizí do „okolí“.  

Sama myšlenka „dodat lék přímo do buňky“ je sice stará více než 110 let, ale prakticky se s tímto druhem léčby experimentuje teprve v 21. století. Existují už dokonce tři druhy cíleného transportu léčiv:

  • přímé doručení léčiva na určené místo pomocí injekce, léčivá látka se uvolní teprve tam;
  • pasivní cílený transport neboli targeting, při němž se lék dostane na místo doručení díky své vnitřní vlastnosti: například velikosti částic nebo rozpustnosti v tucích;
  • aktivní cílený transport, kdy je lékový transportní systém vybaven směrovací částí, která jej doručí do požadovaného místa působení.

Proč už nejsou nanočástice všude?

Nanotechnologická řešení dopravy léků jsou sice velmi účinná, stále se však ještě objevuje mnoho problémů, které věda doposud úspěšně nevyřešila. Částice totiž vzhledem ke své velikosti mohou proniknout kamkoliv v lidském těle. Je tedy potřeba zabránit jim, aby se nedostávaly na místa, kam rozhodně nepatří. Další velkou otázkou je to, jak vysloužilé nanočástice ničit; největší praktickou překážkou je však doposud extrémní cena takové léčby.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Neurážejte naše AI, varuje Anthropic uživatele

Lidé, kteří používají modely umělé inteligence (AI) společnosti Anthropic, by je podle ní už nadále neměli urážet a úmyslně je stresovat. Nová pravidla říkají, že uživatelé by mohli kvůli porušování těchto pravidel přijít o přístup ke službám firmy.
před 16 hhodinami

Objev tábora lovců mamutů v Ústí je naprostý unikát, říká archeolog

Až doposud chyběl důkaz o tom, že by se v pravěku lovili mamuti i na území dnešních Čech. Zatímco na Moravě se našla celá řada míst spojených s lovci těchto srstnatých tvorů, v Čechách jich bylo nula. Až do doby, než začal dozorový výzkum při stavbě justičního paláce v Ústí nad Labem. Detaily popisuje v rozhovoru archeolog Dominik Chlachula.
před 20 hhodinami

Mnohým AI chybí dostatečná opatření při dotazech vztažených k terorismu, varuje zpráva

Mnoho modelů umělé inteligence (AI) nemá dostatečné bezpečnostní mechanismy proti žádostem o „pomoc při teroristické operaci“, uvádí iniciativa Tech Against Terrorism v páteční zprávě.
9. 10. 2026‌‌

Za padesát let zmizely tři čtvrtiny volně žijících obratlovců

Populace volně žijících obratlovců klesly v letech 1970 až 2022 v průměru o 73 procent. Největšími hrozbami pro tyto živočichy jsou ztráta a degradace stanovišť, nadměrné využívání přírodních zdrojů, klimatická změna, znečištění, invazní druhy nebo nemoci. Nejhůře jsou na tom sladkovodní populace živočichů, které poklesly průměrně o 85 procent. Vyplývá to ze Zprávy o stavu planety 2026 (Living Planet Report).
9. 10. 2026‌‌

Emise skleníkových plynů za poslední dekádu měly dopad na sílu veder v Evropě, ukazuje studie

Když Evropu zasáhne mimořádná vlna veder, dokážou klimatologové poměrně dobře stanovit, jakou roli v ní sehrála člověkem způsobená změna klimatu. Nedávno publikovaná studie si ale klade mnohem složitější otázku – dá se v konkrétní vlně veder rozeznat vliv části skleníkových plynů, konkrétně těch, které lidstvo vypustilo teprve během posledních deseti let?
9. 10. 2026‌‌

AI vyřešila stovky matematických problémů, tvrdí OpenAI. Vědci protestují

Společnost OpenAI zaměřená na výzkum a vývoj umělé inteligence (AI) zveřejnila rozsáhlou sbírku matematických výpočtů, které vytvořil její nový interní model. Podle deníku The New York Times (NYT) výsledky na jednu stranu odhalují, čeho jsou nejpokročilejší modely AI schopny, ale vyvolávají i otázku, do jaké míry se výsledky opírají o práci skutečných matematiků. Překotný vývoj AI také vyvolává obavy, že firmy technologii vyvíjejí rychleji, než se změně dokáže přizpůsobit akademické prostředí.
8. 10. 2026‌‌

Rakovina dutiny ústní zabije ročně stovky Čechů. Člověk ji může odhalit sám, radí stomatolog

Stovky lidí ročně zbytečně zemřou na rakovinu dutiny ústní, hlavně proto, že se s touto diagnózou dostanou k lékaři pozdě. Ve skutečnosti mohou ale hodně udělat sami, tento nádor se dá totiž odhalit i pomocí samovyšetření. Včasný záchyt je pro toto zhoubné onemocnění klíčový, říká v rozhovoru pro ČT24 přednosta Stomatologické kliniky FN Plzeň Lukáš Hauer.
8. 10. 2026‌‌

Větrné elektrárny mohou ochlazovat mořskou hladinu, ukázal výzkum

Spočítat dopady větrných elektráren na okolí není úplně snadné – zejména na moři, kde existuje spousta nejrůznějších vlivů, jejichž dopady komplikují vyhodnocení. Teď přišli s kvalifikovanými odhady experti ze Skotska.
8. 10. 2026‌‌

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.