Čeští vědci přišli na to, jak nahradit nanotechnologii bramborovým škrobem

Obyčejný bramborový škrob svými optickými vlastnostmi předčí i nanomateriály. Škrobové zrno díky své struktuře funguje jako mikročočka, která dokáže optický svazek současně zaostřit, změnit jeho polarizaci a ještě ho roztočit do světelného víru, zjistili vědci z Vysokého učení technického v Brně (VUT) a Univerzity Palackého v Olomouci.

Z fyzikálního hlediska škrob provádí něco, čemu vědci říkají spin-orbitální konverze světla, což je proces, jak se doslova otáčí světlo. Až doposud to bylo možné jenom s pomocí pokročilých nanotechnologií. Díky českým vědcům to teď bude možné i s obyčejným škrobem. Objevený mechanismus rozšiřuje možnosti pro ovládání světla a je využitelný pro senzory nové generace, přenos informací nebo kvantové počítače, vysvětlují vědci ze zmíněných institucí.

„Náš zájem o škrob vzbudily běžně dostupné snímky z polarizačního mikroskopu, ve kterých obrazy jednotlivých zrn připomínají svým tvarem maltézský kříž. Už dlouho se ví, že tyto obrazce vznikají v důsledku zvláštního vnitřního uspořádání škrobových zrn. My jsme se ale zaměřili na plnou optickou odezvu těchto zrn a tušili jsme, že může souviset s originálním způsobem změny polarizační rotace elektrického pole na vířivý pohyb elektromagnetické energie,“ uvedl fyzik Petr Bouchal z VUT, který s výzkumem začal.

Spin-orbitální konverze světla je jev, při kterém se mění typ „momentu hybnosti“ fotonu mezi dvěma formami: spinový moment hybnosti (spojený s polarizací světla) a orbitální moment hybnosti (spojený s tvarem a „zakroucením“ vlnoplochy). Zjednodušeně řečeno, světlo může být polarizováno například doleva nebo doprava (to je spin), a také může mít vlnoplochu stočenou do spirály jako šroubovici (to je orbitální moment). Při spin-orbitální konverzi se tedy část „točení“ světla z jeho polarizace přenese do zakroucení jeho paprsku, nebo naopak.

Kvůli plnému pochopení efektů museli vědci provést optický popis vnitřní struktury škrobového zrna. Tvoří ji přibližně kulovité slupky, jaké má například cibule. Obsahují však pravidelně uspořádané paprskovité lamely.

Bramborový škrob jako čočka

„Zrno ovlivňuje světlo zvláštním způsobem. Mění optickou dráhu světla podobně jako běžná čočka, navíc ho ale tvaruje díky efektům souvisejícím se změnou polarizačního stavu světla způsobenou lamelami mířícími do středu zrna. Experimentálně prokázat souhru obou současně probíhajících efektů bylo mimořádně náročné,“ doplnil Bouchal.

Vědci se také pokusili vytvořit senzor pro polarizační měření stavu světla dopadajícího na zrno. „Přestože tvarová nesourodost přírodních škrobových zrn znemožnila provedení experimentů v původně zamýšleném rozsahu, funkční princip senzoru se podařilo jednoznačně prokázat,“ doplnil fyzik Petr Viewegh.

K výzkumu skupiny vědců z VUT se připojil Zdeněk Bouchal z Univerzity Palackého v Olomouci, jenž vytvořil teoretický rámec experimentů a provedl potřebné výpočty. Výsledkem spolupráce je článek v časopise Advanced Optical Materials. Vědci plánují další výzkum, chtějí vytvořit umělé struktury, které napodobí optickou odezvu škrobových zrn.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Copernicus: Rok 2025 byl třetím nejteplejším v historii měření

Rok 2025 byl třetím nejteplejším rokem v historii měření. Průměrná globální teplota dosáhla 14,97 stupně Celsia. Byl tedy jen nepatrně (o 0,01 stupně Celsia) chladnějším než rok 2023 a o 0,13 stupně Celsia chladnějším než rok 2024, který byl vůbec nejteplejším rokem v historii měření. Uvedla to meteorologická služba Evropské unie Copernicus. Posledních jedenáct let bylo zároveň jedenáct nejteplejších let v historii měření.
před 3 hhodinami

Virus HIV se učí odolávat jedinému léku. Tvrdě za to ale platí

Vědci z americké společnosti Gilead Sciences, která má jediný účinný lék na HIV, otestovali, jestli se tento virus této látce nedokáže přizpůsobit. Výsledky naznačují, že ano, ale současně ukazují, že to ve skutečnosti nemusí být příliš nebezpečné.
před 14 hhodinami

Stárnoucímu Česku dojdou mladí lidé, ukazují velká data

Během pouhých deseti let začne odcházet do důchodu silná generace Husákových dětí. Přinese to zásadní demografickou proměnu, která změní celou českou společnost. Nejenže bude méně lidí na to, aby vydělávali na penze stále rostoucí skupině, ale především bude potřeba mnohem více sociální péče pro seniory.
10. 1. 2026Aktualizováno12. 1. 2026

První lidé lovili pomocí jedu už před 60 tisíci lety

Lidé druhu Homo sapiens na jihu Afriky používali už před šedesáti tisíci lety otrávené šípy. Dokázali to švédští vědci na základě nálezu takových zbraní na území dnešní Jihoafrické republiky. O nejstarším nálezu svého druhu informovali v článku, který zveřejnil odborný časopis Science Advances.
12. 1. 2026

„Sedmé nebe“ je úplně nový druh vesmírného objektu

Galaxie, která selhala, respektive oblak temné hmoty z počátku vesmíru – tak astronomové popisují vzdálený kosmický objekt, který objevili. Dali mu název Cloud-9, což by se dalo do češtiny nejlépe přeložit jako „Sedmé nebe“.
11. 1. 2026

Čeští vědci navrhli řešení klimatické změny. Klíčem je kácení severských lesů

Vědci navrhli prozkoumat možnost ukládání uhlíku pomocí splavování masy vykácených stromů do Severního ledového oceánu z lesů, které rostou v povodí sibiřských veletoků Obu, Jeniseje a Leny a severoamerických řek Yukonu a Mackenzie. V této oblasti se nachází asi sto gigatun uhlíku, který je uložený ve dřevě stromů. Vykácením přibližně jednoho procenta těchto lesů a splavením kmenů do oceánu by bylo možné snížit množství emisí o jednu gigatunu, tedy desetinu emisí vypuštěných lidstvem za rok.
10. 1. 2026

Dvacet pod nulou, nebo jen pět? Předpovědi počasí na příští týden se silně liší

Úspěšnost předpovědí počasí se v posledních letech zásadně zlepšila. I tak se ale vyskytne situace, která představuje i pro nejmodernější předpovědní modely a zkušené meteorology značnou výzvu. Momentálně se týká příštího týdne.
9. 1. 2026

Genetická šifra mistra Leonarda. Vědci možná získali jeho DNA

Mezinárodní vědecký tým našel s pomocí velmi detailních analytických metod stopy DNA na kresbě připisované renesančnímu géniovi Leonardu da Vincimu. Mohly by patřit samotnému mistrovi a univerzálnímu učenci, k identifikaci jeho DNA ale ještě zbývá daleká cesta. O studii informoval časopis Science.
9. 1. 2026
Načítání...