Čeští vědci se dostali na titul časopisu Science: Vymysleli, jak studovat strukturu nanokrystalů

Čeští krystalografové si „posvítili“ na nejlehčí atomy v nejmenších krystalech. A výsledek jejich práce byl oceněn v jednom z nejprestižnějších vědeckých časopisů světa.

Vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR stojí v čele mezinárodního týmu, který vyvinul novou metodu analýzy rozptylu elektronů na nanokrystalických materiálech. Tato metoda dosáhla takové přesnosti, že pomocí ní bylo možné určit pozice i těch nejlehčích existujících atomů – atomů vodíku.

10 minut
Dr. Lukáš Palatinus o nanokrystalech
Zdroj: ČT24

Přesnost a spolehlivost metody ukázali v práci, která vychází 13. ledna 2017 v časopise Science a popisuje určení pozice vodíků ve dvou různých materiálech.

  • Krystaly jsou přítomné ve většině látek kolem nás, v kovech, keramice, betonu i v horninách. Znalost atomární struktury je klíčová pro pochopení vlastností látky.

Zjednodušeně řečeno, čeští vědci vyvinuli novou metodu, kterou může využít kdokoli, kdo vyvíjí nové materiály, nové chemikálie nebo nová léčiva. Dříve nebo později tu metodu využije někdo k práci na nějakém významném materiálu, ale zatím není možné říci, kdy a co to bude.

Složitý obor, který otevírá dveře vědeckému pokroku

Strukturní krystalografie je vědní obor zabývající se určováním atomární struktury krystalických látek. Znalost krystalové struktury je základem pro rozvoj řady vědních oborů, jako je například materiálové inženýrství, organická i anorganická chemie, farmacie či molekulární biologie. Přes bouřlivý rozvoj strukturní krystalografie během celého dvacátého století zůstávají i v tomto oboru nevyřešené či obtížně řešitelné problémy.

1 minuta
Struktura hlinitofosforečnanu kobaltnatého
Zdroj: ČT24

Jedním z nich je spolehlivá strukturní analýza nano- a mikrokrystalů, tedy krystalů o rozměrech okolo jednoho mikrometru či menších. To znamená velký problém v řadě oborů jako například příprava nových materiálů, syntéza katalyzátorů pro chemický průmysl, vývoj farmaceutik nebo geovědy, kde zajímavé materiály netvoří dostatečně velké krystaly.

  • Lék thalidomid byl podáván matkám pro úlevu od těhotenských nevolností. Ukázalo se ale, že stejná molekula, jen v jiném uspořádání, způsobuje těžké malformace plodu. Při průmyslové výrobě vznikaly obě varianty dohromady a prodávaný lék způsobil celosvětově narození okolo 12 000 postižených dětí.

I v oblasti analýzy nanokrystalů došlo v posledním desetiletí k velkému pokroku díky rozvoji nových technik využívajících rozptyl (difrakci) elektronů na krystalech. Doposud ovšem tato metoda poskytovala pouze přibližné informace a neumožňovala určit všechny potřebné detaily krystalové struktury.

Mezinárodní tým pod vedením vědců z Oddělení strukturní analýzy Fyzikálního ústavu AV ČR proto v posledních letech intenzivně pracoval na vývoji metody, která by toto omezení odstranila a zvýšila přesnost strukturní analýzy pomocí elektronové difrakce. Cíle se podařilo dosáhnout díky využití pokročilých výpočetních postupů a vývojem nových algoritmů pro zpracování dat.

Atom vodíku je klíčem ke všemu

Úspěch nové metody demonstruje její použití pro určení pozice nejlehčích ze všech atomů – vodíku. Atom vodíku obsahuje pouze jeden proton a jeden elektron a proto dává v elektronové difrakci nejslabší signál.

Spolehlivá detekce atomů vodíku je obecně považována za jeden z nejobtížnějších úkolů při určování krystalové struktury a pomocí elektronové difrakce byla doposud zcela nemožná.

Obálka časopisu Science
Zdroj: Science

Práce vznikla ve spolupráci s vědci z francouzského CNRS v Caen a byla publikována v prestižním časopise Science. V práci byly analyzovány struktury dvou látek – organické látky paracetamolu, což je účinná složka řady analgetik a antipyretik, a hydratovaného hlinitofosforečnanu kobaltnatého. Ten byl vybrán jako reprezentant anorganických materiálů s trojrozměrně propojenou strukturou, které jsou hojně využívány v chemickém průmyslu jako sorbenty a katalyzátory. V obou případech se podařilo určit pozice všech vodíkových atomů v krystalové struktuře.

  • Za objevy související s krystalografií bylo uděleno 27 Nobelových cen – více než v kterémkoli jiném takto specializovaném oboru.

Vyvinutá metoda přináší kvalitativní posun v možnostech analýzy krystalických materiálů, a vzhledem k širokému použití krystalografie v přírodních vědách má potenciál přispět k rozvoji celé řady vědních oborů.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Osm set milionů za jedenáct centimetrů keramiky. Věstonickou venuši našli před sto lety

Věstonická venuše je pravěký artefakt, o jeho smyslu, původu a účelu se vědci dohadují už sto let. Právě 13. července 1925 ji totiž objevil tým archeologa Karla Absolona.
před 5 hhodinami

ČVUT bude rozvíjet technologie a produkty, které ulehčují život seniorům

Efektivněji zapojit technologie do péče o seniory a znevýhodněné – to je cílem evropského projektu, který čtyři roky povede pražské ČVUT. Reaguje i na nedostatek lidí v sociální péči a omezenou dostupnost služeb, díky nimž můžou lidé také v pokročilém věku zůstávat doma. V jeho rámci jde tak o sjednocení roztříštěných technologií a standardizaci výrobků, které se v sociální péči používají. Projekt reaguje na skutečnost, že podle Eurostatu bude v roce 2050 třetina obyvatel Evropské unie starších 65 let.
před 6 hhodinami

Vědci rozlišili čtyři podtypy autismu, objev může vést k cílenější péči

Nová mezinárodní studie publikovaná v odborném časopise Nature Genetics rozlišuje čtyři geneticky odlišné skupiny poruch autistického spektra. Vědci z Duke University analyzovali data od více než pěti tisíc dětí s autismem a jejich sourozenců. Podle nich by objev mohl přispět k personalizovanější péči.
včera v 14:37

V Jižní Koreji objevili čtyři neznámé druhy štírků s masivními makadly

Nově objevení štírci z Jižní Koreje jsou specializovaní na život v jeskyních. Svá veliká makadla využívají jak pro navigaci v těchto ekosystémech, tak i při lovu. Podle biologů jsou ale ohrožení kvůli narušení jejich původního ekosystému.
včera v 10:03

Dobrovolničila už čtvrtina Čechů, ročně má tato pomoc hodnotu desítek miliard

Pomáhat ve svém volném čase ostatním se v tuzemsku stává stále častějším „koníčkem“. Nová rozsáhlá zpráva popisuje, jak taková (dobro)činnost pomáhá.
11. 7. 2025Aktualizováno11. 7. 2025

Velcí kopytníci výrazně snižují počty klíšťat, ukázala česká studie

Vědci zjistili, že velcí kopytníci jako divocí koně či zubři efektivně snižují počet klíšťat v přírodě díky své přirozené pastvě. V milovické rezervaci jich bylo na pasených plochách až o 75 procent méně než v okolních, neobhospodařovaných porostech. Klíšťat v tuzemsku v posledních letech kvůli změnám klimatu přibývá a šíří se do vyšších nadmořských výšek. O výsledcích výzkumu informovala společnost Česká krajina.
11. 7. 2025

Přes stoupající počet živelních katastrof plánuje vláda USA zásadní omezení peněz pro meteorology

Spojené státy se potýkají s řadou přírodních katastrof od povodní přes tornáda až po hurikány. Meteorologové umí snižovat jejich dopady, ale přesto, že těchto událostí kvůli změně klimatu přibývá, se americká vláda Donalda Trumpa snaží snižovat finance pro vědce.
11. 7. 2025

Evropská komise představila kodex pro AI. Řeší autorská práva i bezpečnost

Evropská komise tento týden zveřejnila nový dobrovolný kodex postupů pro poskytovatele výkonných systémů umělé inteligence (AI), jehož cílem je vyjasnit povinnosti vyplývající z nových unijních pravidel, takzvaného Aktu o AI. Kodex se týká takzvaných generativních modelů AI, jako jsou ChatGPT od OpenAI, Claude od společnosti Anthropic nebo Gemini od Googlu.
11. 7. 2025
Načítání...