Hraje si se světlem. Jakub Dostálek zkoumá vlastnosti materiálů a jejich vliv na světlo. Ale i obráceně – vliv světla na vlastnosti látek a možnosti, jak je za pomoci světla ovládat. Svůj výzkum po více než deseti letech v zahraničí začíná pomalu vracet zpět do Česka. Od března má v rámci Oddělení optických a biofyzikálních systémů na Sekci optiky vlastní skupinu. V ní chce zkusit vyvinout miniaturní roboty ovládané světlem. Pomáhat můžou třeba v medicíně. Výzkum navazuje mimo jiné na jeho nedávno zveřejněný článek v časopisu Chemical Society Reviews. Ten shrnuje dosavadní poznatky o využití nové třídy plasmonických nanomateriálů, jejichž vlastnosti lze snadno upravovat díky kombinaci kovových nanostruktur a citlivých hydrogelů.
Přes deset let působíte na Rakouském technologickém institutu. Jak a proč vás napadlo se vrátit zpátky do Česka a rozjet vlastní skupinu na Fyzikálním ústavu?
Po těch více než deseti letech v zahraničí jsem si chtěl vztah k Česku a k Praze vybudovat také po pracovní stránce. Nějakou dobu jsem o tom přemýšlel a pak se mi naskytla příležitost využít programu Mobility, který má za cíl přitáhnout do Česka odborníky ze zahraničí, aby tu působili a podíleli se na výzkumných projektech. A proč Fyzikální ústav? K tomu mě přivedla Hanka Lísalová, se kterou jsem se znal již z dřívějška. Zavolali jsme si a řekli si, že zkusíme spolupráci. Chtěl jsem se tu napřed pořádně zorientovat a zjistit, kdo vede jaký zajímavý výzkum. Pak ale přišel covid, který tomu moc nenahrával a já se moc rozhlížet nemohl. Každopádně bych se postupně rád do Česka vrátil, ale ve vědě není jednoduché něco ze dne na den opustit a začít na novém místě, tak je to zatím spíš takový úkrok.
Vaše rakouská skupina se zabývá plasmonickými biosenzory a nano-fotonikou, v čem se od vašeho rakouského liší český výzkum?
Chci, aby do sebe oba ty výzkumy tematicky zapadaly. Oba se týkají optiky, senzorů, biosenzorů. Já jsem byl vždycky ve svém výzkumu mezioborový. Člověk musí často kombinovat jiné disciplíny, proto se mi velmi líbil přístup Hanky Lísalové, která to má podobně. Já nejsem vyloženě biofyzik, biochemik ani chemik, ale s těmito lidmi jsem vždycky potřeboval spolupracovat. V posledním roce jsem ve spolupráci s jejím týmem dal dohromady nějaké optické nástroje, metody, které můžou použít ke zkoumání biorozhraní. To, co bych tady chtěl dělat v rámci své skupiny, musí být komplementární k tomu, co zůstane v Rakousku. V Česku mám zatím jednoho studenta, se kterým zkoušíme něco trochu bláznivějšího. Chceme vyvíjet a využívat nanoroboty s možností je aktivovat světlem a nechat je se někam pohybovat a zároveň monitorovat přítomnost nějakých konkrétních látek v tom místě.
Jak velcí budou ti roboti?
Třeba 100 nanometrů nebo mikron. Malí.
A ti budou v rámci nějakého většího celku?
Ti by si mohli třeba plavat okolo nějakých buněk a zkoumat je.
V lidském těle?
No, to by asi všichni chtěli, ale to je docela ambiciózní. To je takový archetyp, který má člověk spojený se seriálem Byl jednou jeden život. Od té doby mají lidé v hlavách, že udělat něco takového by bylo skvělé. Tak takhle to udělat zatím nejde, ale na druhou stranu už teď existují senzory, které si člověk implantuje pod kůži třeba na měření glukózy a tak. Nebo lidi mají hodinky, co jim měří různé tělesné funkce, ale to je docela jednoduchý mechanismus. Nápad s nanoroboty je možná trochu naivní, ale nás vyloženě nadchnul.
Jak to souvisí s vaší dosavadní činností – biosenzory, povrchové plasmony, fotovoltaika…?
Já jsem se vždycky zajímal i o optické materiály, které zesilují slabé optické signály v rámci spektroskopie, ale ono to jde i otočit. Ty signály pak jdou použít na to, že nejen, že jimi člověk kontroluje světlo, ale třeba světlem může kontrolovat je.
Jak to ale jde ovlivnit?
Tady mám na mysli třeba materiál, který se při kontaktu se světlem stáhne, když ten světelný signál člověk vypne, tak se roztáhne. A tento mechanický pohyb by pak člověk mohl převést do nějakých sekvencí kroků, které by tomu objektu umožnily se pohybovat. Člověk si to může představit jako píďalku v hadičce, která se někde roztáhne, uchytí, posune, pustí se a takhle se pohybuje.
A k čemu by to bylo dobré?
Teď budu hodně spekulovat, ale třeba v medicíně nyní zdravotníci využívají stenty, které jsou mnohdy dlouhé, protahují je po těle. Místo nich by člověk měl miniaturní element, který může ovládat na dálku, nepotřebuje k tomu dráty ani hadičky, je to méně invazivní. Populární představa je pak, že takový systém najde rakovinové buňky a pak je „utluče“. Ale to, co chceme s mým studentem Dariem dělat, je od toho dost daleko. V první řadě chceme zjistit, jestli jde udělat takto malý element, který může být z polymerů, které jsou tzv. responzivní, tedy že člověk může ovládat jejich vlastnosti. Jestli lze například malý hydrogel stáhnout a roztáhnout na dálku nějakým externím stimulem, což může být právě třeba světlo. A pak si člověk může představit, že udělá nějaké miniaturní zařízení, které je z několika částí, které reagují různě. Může reagovat na světlo různých barev, čímž by člověk mohl kontrolovat relativně komplikované morfování tvaru a tím ho rozpohybovat. K tomu pak lze využít senzorů, kdy můžeme třeba přes fluorescenci, nebo přes nějaký mechanismus, který by změnil barvu toho senzoru v závislosti na přítomnosti nějakých látek, na dálku číst a nějak mapovat prostor kolem něj. Ale to je opravdu zatím nápad, který se musí ještě dotáhnout.
Nanoroboti
Jak vás to napadlo? Jak vědec přijde na takové téma?
To je dobré se potkávat. Jezdit na konference, chodit na kafe s lidmi. A to právě během pandemie přes zoomy moc nefungovalo.
Vzniklo kvůli koronaviru míň takových nápadů? Zbrzdí to vědu, pokrok? Jsou ty dva roky z pohledu vědce důležité?
Tohle je můj zaujatý pohled, v nějaké obecné šíři nevím. Něco naopak pandemie urychlila. Třeba takový okruh problémů okolo detekce infekčních nemocí a patogenů bude společnost víc podporovat, protože vidí, že je to problém. Takže možná tomu to pomůže. Ale co se mě konkrétně týče, já jsem ten čas mohl využít k tomu, že jsem se pokusil dokončit dlouho rozdělané projekty. Takže pro mě to byl také zajímavý čas, kdy jsem naopak měl možnost víc číst a připravil jsem si nějaké přednášky pro kurz, který učím v Rakousku. Tolik času bych na to jinak neměl. Ale to fyzické setkávání lidí je pro mě důležité. Nemám mnoho možností, jak nahlédnout mimo svůj obor, než když náhodou potkám někoho, s kým stojím frontu na jídlo na konferenci.
Když jsme u těch zahraničních zkušeností, dá se porovnat postavení vědce v Německu, Rakousku a Česku?
Já si myslím, že se to hodně vyrovnává, tyto tři země jsou si kulturně hodně blízké.
A třeba vybavení laboratoří?
Mě přijde, že v Česku se i do něj za posledních pět let hodně investovalo. Zrovna co se týče vybavení mi to tady přijde často i lepší. Co je jiné, že v grantových projektech v Rakousku či Německu člověk vždy získá peníze především na zaplacení lidí. Základem jsou lidi, zbytek, jako třeba náklady na cestování, jsou drobnosti, tady je ten důraz na zaplacení lidí nižší. Taky mi grantové žádosti v Česku připadají příliš komplikované. Náš GAČR je výborný nástroj, ale podávání žádostí mi přijde přetechnizované. Primárně má jít přeci o to, jestli je nápad výzkumu nosný, nebo ne. Člověk se pak vyčerpá jenom na tom, aby udělal formální věci správně, a pak je stejně neudělá správně. Jinde mi tohle přišlo jednodušší.
Takže ta pověstná rakousko-uherská byrokracie je v tomhle tedy horší u nás než v Rakousku?
Myslím, že hodně podobná, ale konkrétně podávání grantových žádostí u tamní agentury FWF je jednodušší než u GAČR.
Když jsme u toho srovnávání, tak jde porovnat postavení vědce v Česku a Rakousku? Liší se to?
Obyčejné lidi člověk vyděsí všude, myslí si, že jste magor. V Rakousku je vtipné, že tam nesmí člověk říct, že je fyzik, protože pak se ještě zeptají – a doufám, že ne jaderný? Tam jsou na to hrozně citliví. Jejich povědomí o jaderné fyzice je negativní. Jinak je to ale podobné.
Co jim tedy říkáte?
Že dělám výzkum. Lidi si taky všechno líp představí, když jim řeknu, na co je můj výzkum dobrý, ne jenom o čem je. Když jim řeknu, že díky němu třeba budeme schopni lépe diagnostikovat nemoci, tak už si umí něco představit. Je důležité, že laboratoře a instituce tady v Česku i v Rakousku komunikují s veřejností, protože chápou, že je pro ně výhodné, když ta bude rozumět, nač jim vědci můžou být. Navíc žijí z veřejných peněz a veřejnost by tudíž měla mít pocit, že za ně dostává nějakou hodnotu. I když ne vždy lze výzkum překlopit do nějakého příběhu, který je jednoduše pochopitelný kýmkoliv, ale je potřeba se o to aspoň pokusit. Ale moje zkušenost je ta, že většinou je člověk stejně spíš za exota.
Jaký je rozdíl mezi vaším pojetím biosenzorů a tím týmu Hanky Lísalové?
Já jsem relativně málokdy zakončil výzkum tím, že bych na konci měl prototyp, který bych někam dal. Mě zajímá rozvoj metod, které se pak používají v konstrukci biosenzorů. A víc mě zajímá ta stránka optická, biosenzory mohou být konstruovány na více principech, jeden z nich je optický. Jako povrchové plazmony, odrazy světla, manipulace se světlem. To je ten úhel pohledu na ně, který já se snažím rozvíjet. Naopak Hanka se víc dívá na to, jak navrhovat biorozhraní tak, aby byla kompatibilní s komplexními vzorky a umožňovala rychlou detekci.
Základní výzkum u vás tedy nad aplikovaným vyhrává?
Základní výzkum je pro mě zábavnější, člověk při něm více řeší různé hádanky, propojuje je. Ten aplikovaný mi pak do jisté míry přináší potěšení ve chvíli, kdy vidím nějaký prototyp zařízení postavený na jeho základě. A bez aplikovaného výzkumu člověk zase nemůže přesvědčit grantové agentury a společnost, že dělá něco, co je užitečné. Věda mě ale baví právě díky tomu základnímu výzkumu, který je pro mě svobodnější. Aplikacím do praxe se nebráním, nakonec člověk většinou svůj nápad postupně překlápí ze základního výzkumu k aplikovanému. Nicméně si stojím za tím, že by vědec měl v rámci svého výzkumu mít více témat. Třeba ve chvíli, kdy se s jedním přehoupne do aplikované části, je dobré si otevřít další základní výzkum, aby až ten aplikovaný dojede, mohl dělat zase něco jiného. Nakonec ona je to vždy spíš trajektorie. A v určitý moment musí stejně svoje téma opustit, protože jinak by si musel udělat spin-off firmu, a stát se obchodníkem. A to třeba já založením nejsem a dobře bych to neuměl.
Takže vidina vašeho zařízení, které se prodává po celém světě vás neláká?
Já myslím, že tohle bych neuměl dobře dělat. Udělat si spin-off firmu, udělat si byznys plán, objíždět investory, mě by to asi tak dobře nešlo. Asi by se mi líbilo, kdyby některé věci do téhle fáze dospěly, ale v mém oboru je veškerý výzkum a vývoj strašně dlouhodobý. Takže ani nevím, jestli někdy uvidím, že z mého patentu bude nějaké zařízení, nebo že na něm postaví nějaké zařízení, které se prodá v lékárně. Tohle se stalo mému dědovi, který vyvíjel léčiva. V 50. letech se v téhle oblasti šlo dost rychle dobrat nějakých výsledků. Nějaké „jeho“ léky si pak člověk mohl koupit v lékárně, což se mu samozřejmě líbilo.
Co děda vyvíjel za léky?
Myslím, že měl mimo jiné nějaké na spaní. Nevím úplně přesně, jaké další konkrétní, oni ty léky asi taky hodně kopírovali ze západu, ale nechci mu křivdit. Když umřel, tak měl plnou skříň patentových přihlášek, to všechno babička vyhodila.
Takže vy jste z vědecké rodiny?
Ob generaci. Babička byla zase celý život laborantka. Děda mi vždycky říkal, že až budu potřebovat, tak mi vysvětlí organickou chemii. Prý je to jednoduché, pár principů. Ale než umřel tak jsme se k tomu nedostali.
Inspirovali vás děda s babičkou k tomu stát se vědcem?
Nevím, asi jo. Mě se líbilo, že děda díky vědě hodně cestoval. Jak to bylo tenkrát obtížné, tak on mohl. Byl jako postdoc v Zurichu, krátce po válce. Za války byl totálně nasazený a pak mu Rockefellerova nadace zaplatila postgraduální studium, nějaké dva roky. Z té doby si potom nesl spoustu známých, a i přes ten marast, který tady panoval, si ty kontakty udržel a mohl se s nimi i potkávat. Ne moc často, ale mohl. Mohl propojovat to, co se mu líbilo s prací. Psal taky knihy pro německé nakladatelství. O metodách v chemii, chromatografii, měl z toho peníze, které mu pak zase umožňovaly další cestování. A tohle se mi, asi nepřímo, líbilo. Je to ale vždycky mix věcí a asi i nálada. Nemyslím si, že v dětství jsem svůj život nějak promýšlel a měl nějaký plán. To spíš ne.