Projekt FUNBIO - zkoumání materiálů na pomezí života

Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i. (FZÚ) zahájil v areálu Na Slovance v roce 2014 realizaci centra funkčních materiálů pro bioaplikace (FUNBIO). Tento projekt podpořený v rámci 11. výzvy OPPK ze strukturálních fondů EK dále významně rozvíjí stávající projekt střediska analýzy funkčních materiálů (SAFMAT). Zatímco předchozí projekt byl zaměřen na doplnění možností analýzy moderních polovodivých a tenkovrstvých materiálů, FUNBIO rozšiřuje moderní analytické metody na materiály na pomezí organického a anorganického světa; na materiály používané například v pokročilých lékařských aplikacích, které na jednu stranu vyžadují náročnou strukturní a funkční charakterizaci, na druhou stranu jsou však připraveny pro kontakt nebo již jsou v kontaktu s biologickým prostředím. Taková kombinace je pro precizní fyzikální přístroje nezřídka problémem vyžadujícím speciální konstrukci. Centrum bude vybaveno čtyřmi velkými přístroji a celková dotace činí téměř 61 miliónů korun, kde kromě finančních prostředků z programu OPPK přispívá 15,1 miliónu Kč Akademie věd ČR dotací na nákladné přístroje a 11 miliónů Kč je hrazeno z vlastních prostředků FZÚ.

Biofyzikální výzkum centra FUNBIO doplní a rozšíří rozsah i úroveň práce s organickými materiály, kompozitními systémy a materiály pro biomedicínu a přispěje k pochopení zcela zásadních procesů v biosystémech. Aplikací fyzikálních metod na organické a biologické materiály se totiž ve FZÚ zabývá řada vědeckých pracovníků a skupin, centralizace jejich aktivit a zkušeností bude zcela zásadním vědeckým i pedagogickým přínosem pro českou biofyziku. Jak již bylo zmíněno, FUNBIO bude navazovat na velmi dobře zavedené centrum SAFMAT, podpořené v rámci 2. výzvy programu OPPK. Jeho předmětem bylo mj. pořízení dvou nejmodernějších přístrojů pro analýzu nanostrukturních funkčních materiálů - NanoESCA a FT-EPR, které umožňují výzkum v oblasti analýzy povrchů v extrémně čistých vakuových podmínkách a analýzu objemu a studium podpovrchových center a poruch v polovodičových materiálech.

Obrázek 1: Moderní analytický skenovací elektronový mikroskop Tescan FERA3 s unikátním plazmovým zdrojem fokusovaných iontů je světovou špičkou českého výrobce i v základní výbavě. V tomto konkrétním osazení detektory a analyzátory je naprostým unikátem.

V centru FUNBIO budou nově instalovány tyto fyzikální přístroje:

1. Skenovací elektronový mikroskop (SEM) Tescan FERA3 včetně plazmového fokusovaného iontového svazku využívajícího ionty Xe pro nanoobrábění a studium materiálů. Tento přístroj umožňuje provádět také analýzu prvkového složení, orientace krystalové mříže a měření ve speciální, dusíkové atmosféře.
2. Moderní mikroskop atomárních sil (AFM) pro studium povrchů organických materiálů vybavený glove-boxem pro kontrolu atmosféry a teploty měřeného vzorku. Přístroj např. bude využíván pro výzkum otevírání kanálků v buněčných membránách při interakci s nanokrystaly a organomolekulami.
3. Infračervený spektrální elipsometr pro nedestruktivní měření tenkých organických vrstev a povlaků. Měření umožňuje stanovit strukturu materiálu, tloušťku a sledovat časové změny struktury molekul při interakci s magnetickým polem.
4. Optický litograf pro přípravu mikrostrukturních magnetických materiálů, které budou využívány pro studium nových léků proti rakovině.

Obrázek 2: Konečná fáze in-situ deformace hliníkové slitiny v komoře mikroskopu – přetržení krčku. In-situ stolek firmy Deben umožňuje aplikovat mechanické napětí až 2 kN a studovat tak průběh mechanické deformace v materiálu.

Projekt FUNBIO byl zahájen k 1. 10. 2013 prvou etapou a to realizací dodávky elektronového mikroskopu. Tato etapa byla ukončena instalací mikroskopu 28. 2. 2014. Ve druhé, následující etapě do 30. 6. 2014 bude realizována dodávka infračerveného elipsometru a litografie. V poslední etapě, do konce roku 2014, bude dodáno vybavení pro laboratoř mikroskopie atomárních sil včetně AFM mikroskopu, čímž bude realizace nových laboratoří završena.

Obrázek 3: Pór ve vysušeném  listu pokojové kapradiny zobrazený pomocí nizkovakuového módu při tlaku 100 Pa dusíku v komoře. Konvenční mikroskopy pracují ve vysokovakuovém módu při tlaku v komoře 10^-3 Pa. Nízkovakuový mód umožňuje kvalitně zobrazit nevodivé vzorky, které se v izolujícím vakuu nabíjejí.

Posláním projektu je udržet krok české vědy se světovou špičkou a přinést do ČR nové způsoby charakterizace funkčních materiálů pro bioaplikace. I když je projekt ze 70% vyhrazen pro výzkumnou činnost Fyzikálního ústavu AV ČR, plánujeme projekt v rámci vědecké spolupráce otevřít všem zájemcům. Pozornost bude zaměřena na propagaci nových měřících technologií mezi studenty VŠ. Studentům bude po dohodě se svými školiteli a pracovníky FZÚ umožněno provádět měření pro své diplomové a disertační práce.

Unikátní postavení centra FUNBIO v současné akademické základně tak spočívá nejen na špičkovém technickém vybavení, ale především ve velmi specifickém, užitečném a v současnosti vyžadovaném fyzikálním pohledu na řešení problematiky biomateriálů.