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

Nejdřív nevěřili, že ji vyprostí. Experti popsali záchranu relikvie z betonu

Přes šestnáct hodin trvalo restaurátorům Blance Valchářové a Michalu Velíškovi lebku svaté Zdislavy vyprostit z betonu, do kterého ji zalil zloděj. Relikvii ukradl z baziliky v Jablonném v Podještědí na Liberecku v úterý 12. května večer a chtěl ji pohřbít do řeky. V tom mu zabránil rychlý zásah policie. Očištěnou a zrestaurovanou lebku v sobotu restaurátoři předali arcibiskupovi Stanislavu Přibylovi při hlavní mši na Zdislavské pouti v Jablonném.
před 16 hhodinami

Na Mostecku vědci vysazují trávu s výhřevností uhlí

Travinu, která je schopna rychle růst i na kontaminovaných a na živiny chudých půdách, vysazuje tým vědců v okolí bývalého lomu ČSA na Mostecku. Z ozdobnice obrovské lze získat biomasu, která má výhřevnost srovnatelnou s hnědým uhlím.
před 23 hhodinami

Raketa společnosti Blue Origin explodovala při testu na startovací rampě

Raketa New Glenn společnosti Blue Origin miliardáře Jeffa Bezose explodovala při testu na startovací rampě, informují tiskové agentury. Veškerý personál je v bezpečí, ujistil Bezos s tím, že je ještě příliš brzy na zjištění, co se pokazilo. K výbuchu došlo ještě na startovací rampě, což je podle experta pro firmu o to závažnější.
29. 5. 2026Aktualizováno29. 5. 2026

Hurikánová sezona bude letos zřejmě slabší, stoupá hrozba tajfunů

S červnem začíná hurikánová sezona v Atlantiku. Oblast tropického oceánu, která je klíčová pro vývoj hurikánů, je teď sice nadprůměrně teplá, přesto meteorologové z amerického NOAA (Národního úřadu pro oceány a atmosféru) letos očekávají spíše klidnější průběh. Silné by naopak mohly být tajfuny v Pacifiku.
29. 5. 2026

AI pomohla rozluštit vatikánskou Borgovu šifru i další staré texty

Umělá inteligence (AI) pomáhá historikům odhalovat tajemství stovky let starých šifer ukrytých v archivech a knihovnách po celém světě. Díky novým algoritmům se daří rozluštit staré texty, které byly dosud nečitelné, a nahlédnout tak do světa tajných lékařských receptů, milostných dopisů i politických intrik, píše britská stanice BBC.
29. 5. 2026

Evropa se otepluje dvakrát rychleji než průměr světa. Současná vedra jsou dokladem

V Evropě tento týden padly teplotní rekordy mimo jiné ve Velké Británii, Irsku a Francii. Za horkem, které se obvykle vyskytuje až na vrcholu léta, stojí takzvaná „teplotní kopule“ teplého vzduchu ze severní Afriky, která se ocitla uvězněná pod tlakovou výší nad západní Evropou. A vliv má i fakt, že Evropa se otepluje výrazně rychleji než zbytek planety – každá další vlna veder je tak vzhledem k tomuto vyššímu základu intenzivnější.
29. 5. 2026

Komáři se umí naučit, že repelent znamená večeři, naznačuje studie

Skupina francouzských vědců popsala v odborném časopise Journal of Experimental Biology, že komáři přenášející žlutou zimnici se mohou naučit spojovat vůni nejpoužívanějšího repelentu s potravou. To znamená, že by mohli být ochotnější sát krev lidí, kteří repelent používají.
28. 5. 2026

V Brně ukazují pravěké rytiny a nové nálezy

Moravské zemské muzeum vystavilo v Pavilonu Anthropos nejvýznamnější nálezy svých archeologů z posledních deseti let. Dominuje rytina mamuta a koně na říčním valounu stará až patnáct tisíc let.
28. 5. 2026
Načítání...