Revoluce pod mikroskopem: Elektronová mikroskopie z Brna mění náš každodenní život

Nizozemský amaterský vědec Antony van Leeuwenhoek sestrojil kolem roku 1600 první primitivní mikroskop, pomocí kterého dokázal popsat oko mouchy. O tom, co bude možné v 21. století, si mohl nechat jen zdát. Dnes díky elektronovým mikroskopům dokáží vědci pozorovat jednotlivé atomy, molekuly, a dokonce už i elektrony. A obrovskou zásluhu na tomto pokroku má Brno a jižní Morava. Zdejší firmy ročně pošlou do světa třetinu těchto smart přístrojů. V jakých oborech pomáhají?

Elektronika  

Veškerá elektronika stojí (a padá) s čipy. Základním materiálem pro jejich výrobu jsou polovodiče. A klíčovým nástrojem při studiu jejich struktury pak elektronová mikroskopie. Díky precizní analýze je možné posouvat vlastnosti čipů – zvyšovat jejich výkonnost a snižovat jejich spotřebu energie, což přímo ovlivňuje zařízení, která využíváme v běžném životě. Ostatně i tento text si čtete za přispění elektronové mikroskopie (srdečně zdravíme materiálové vědce!).

Mimochodem: v Brně nevznikají jen pomocné nástroje k výrobě polovodičů – tedy elektronové mikroskopy. Místní firmy a organizace se podílejí i na výzkumu a vývoji materiálů a čipů samotných. Není divu, když mají ty nejkvalitnější elektronové mikroskopy přímo na dosah.  

Materiálové inženýrství  

Výzkum polovodičů spadá do materiálového inženýrství. Tento obor je ale samozřejmě mnohem obsáhlejší (a ani tento článek nestačí na podrobný seznam podoborů). Jaké materiály je možné pomocí elektronové mikroskopie vyvinout?

Jeden příklad za všechny: Představte si třeba plášť letadla, který má stejné (samoléčicí) schopnosti jako lidská kůže. V případě, že se plášť poškodí, materiál trhlinu identifikuje a sám si ho „vyléčí“. Vedle zvýšení bezpečnosti leteckého průmyslu je ale využitelný i u daleko přízemnějších problémů. Jednou večer tak dost možná půjdeme spát – a ráno bude prasklý displej mobilu pryč.

Nezastupitelnou roli hraje elektronová mikroskopie při vývoji nových kovových slitin. Díky možnosti sledovat jejich mikrostruktury můžou vědci optimalizovat složení slitin a namodelovat konkrétní, potřebné vlastnosti. A v neposlední řadě pomáhá v oblasti vývoje nanomateriálů, které zvyšují pevnost povrchů, jejich odolnost proti korozi a snižují koeficient tření a opotřebení – a to je rozhodně skvělý bonus – mimo jiné třeba u chirurgických implantátů.

Lékařský výzkum 

Když jsme u toho lékařství – mnozí z nás si ještě určitě vzpomenou na zdvižené obočí mnoha skeptiků v době pandemie: „Tak rychle vyvinutá očkovací látka?!“ Za rychlost vývoje vakcíny ale vděčíme opět elektronovým mikroskopům. Ty totiž odhalily strukturu spike proteinu, který hraje hlavní roli při vstupu viru do hostitelských buněk. Díky tomu mohli vědci ve velmi krátkém čase navrhnout vakcínu na míru.

Ta ale byla jednou z mnoha oblastí, kde elektronová mikroskopie pomohla. Díky elektronovým mikroskopům je možné zkoumat také geneticky modifikované bakterie a kvasinky, pomocí kterých se vyrábí inzulín. A elektronové mikroskopy asistují také při výrobě nejrůznějších typů proteinů nebo peptidů, které pomáhají v boji s dědičnými chorobami. Podílí se tak v mnoha oblastech na zvýšení kvality života – případně rovnou na jejich záchraně.

Ochrana životního prostředí  

A když už jsme u té těžby – ta je jednou z příčin kontaminace půdy těžkými kovy. Problém pro všechny živé organismy (včetně lidí) nastává v případě, kdy se jich v půdě vyskytuje nadlimitní množství. Vědci proto vymýšlejí způsoby, jak těžké kovy v půdě najít a snížit riziko, že se dostanou do podzemních vod, vodních toků nebo rostlin. Asi vás nepřekvapí, že i v této oblasti pomáhá elektronová mikroskopie.

Když složitý proces velmi zjednodušíme, funguje takto: z odebrané půdy odborníci v několika krocích oddělí vzorek. Ten pak analyzují pomocí elektronového mikroskopu – a určí zároveň i jeho složení. Detekcí a identifikací ale jejich práce nekončí. Dál pracují na dekontaminaci půdy pomocí výběru vhodných sorbentů. Právě ty totiž umějí elektronové mikroskopy detailně zobrazit a ověřit, nakolik jsou těžké kovy schopné zachytit.