V nanosvětě je zlato modré i rudé, říká Vladimíra Petráková

Za pomoci zlata a diamantů se snaží zpřesnit optickou mikroskopii a objevuje přitom skryté zákonitosti nanosvěta. Se stejnou vervou čeří vody české vědy a boří v ní stereotypy – například, že si žena musí volit mezi dětmi a prací. I o tom se Vladimíra Petráková z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR rozpovídala v rozhovoru pro aktuální číslo oficiálního čtvrtletníku Akademie věd ČR A / Magazín.

Nosíte ráda šperky ze zlata?

Mám z něj náušnice i snubní prstýnek, ale na první pohled to poznat není, protože jde o bílé zlato. Jiné šperky ani nosit nemůžu, mám na některé kovy alergii.

A co třeba diamantový náhrdelník?

Na ten ještě čekám. (smích)

Zlato a diamanty jsou přitom tak trochu váš denní chleba...

Ano, ale o šperky při práci rozhodně nezavadím. Pro mě jsou jak zlato, tak diamant fascinující materiály z úplně jiných důvodů. Zajímá mě, jak se chovají, když jsou hodně maličké.

Zlato má v přírodě často tvar plíšku či nugetek, nacházejí se i mikroskopická zrnka obvykle elipsoidického tvaru.

O jakých rozměrech se bavíme?

Pohybujeme se v nanosvětě, ve velikosti částeček tisíckrát tenčích než lidský vlas a kratších než vlnová délka světla. Protože právě v tomhle trpasličím světě se zlato nebo diamanty, ale i jiné látky chovají jinak než v tom našem velkém.

V něm zlato relativně snadno poznáme podle barvy – pokud tedy zrovna nejde o to bílé jako u vašeho prstýnku. Vypadá zlato u trpaslíků podobně?

Právě že ne! Může být krvavě červené, ale také modré nebo zelené či fialové. Jeho podoba se odvíjí od toho, jaký má tvar a velikost. To určuje, s jakou vlnovou délkou světla reaguje nejvíce. Co se týče tvaru, nejčastěji jde o kuličky nebo tyčinky, ale mohou to být i trojúhelníčky nebo hvězdičky.

Takže v nanosvětě cihličky zlata čekat nemůžeme. Nanodiamant si tedy taky nemám představovat jako miniaturní vybroušený šperk?

Vybroušený není, ale miniaturní kousek diamantu to vlastně je – jedná se o extrémně malé krystalky nepravidelného tvaru. I diamant může mít různé barvy, může být růžový, modrý nebo žlutý, podle toho, jaké defekty v něm jsou. Za modrou barvu jsou zodpovědné atomy boru v mřížce, za žlutou atomy dusíku. Růžové nebo fialové diamanty obsahují také dusík, ten je ale spojený s vakancí – chybějícím uhlíkem v mřížce. Je to právě tento defekt, nazývaný dusík-vakance, který má extrémně zajímavé vlastnosti, jež se mění podle vnějšího prostředí.

Nanodiamanty vás provázejí už od doktorského studia. Čím si vás získaly?

Na začátku byla náhoda. Ve dvaceti letech se mi narodila dcera, a když jsem v pátém ročníku hledala práci, která by šla skloubit s péčí o ni, zjistila jsem, že doktorát mi umožňuje dostatečnou míru flexibility. Takhle jsem se dostala k výzkumu využitelnosti nanodiamantů v biomedicíně a hodně mě to chytlo.

K tématu kloubení rodinného života a vědecké práce se dostaneme. Ještě mi ale řekněte, jak mohou být nanodiamanty přínosné v medicíně.

Nanodiamant může například fungovat jako poslíček léčiva při cílené terapii. Je netoxický, na jeho povrch lze navázat biomolekuly a umí proniknout do buněk. V nanodiamantu je taky možné vytvořit defekty dusík-vakance, které fluoreskují – tedy svítí. Chovají se jako luminiscenční centra, která neblikají a jsou extrémně stálá. Díky tomu je možné sledovat jeho cestu buňkami.

Dnes se věnujete spíše nanozlatu. Od diamantů jste ale úplně neutekla, že?

Neutekla. Stále s nimi pracujeme, i když jinak než původně. K našemu výzkumu jsme potřebovali najít molekuly, které svítí určitým způsobem, a zrovna defekty dusík-vakance tomu odpovídají. Chceme díky nim popsat mechanismus, jak nanozlato ovlivňuje svícení molekul ve svém okolí.

Počkejte. Zlato, nebo diamant? O čem teď mluvíme?

Právě že o obojím najednou. Dáme vedle sebe nanozlato a nanodiamant a zkoumáme, jak zlatá částice ovlivňuje světélkování diamantu. V nadsázce říkáme, že se věnujeme nanošperkařství. (úsměv)

Prozraďte, k čemu je vlastně dobrá miniaturní zlatá částice?

Má fascinující vlastnosti zejména při interakci se světlem. Díky nim pomáhá zesílit optickou odezvu molekul, umožňuje manipulovat se světlem, měnit jeho barvu nebo směr. Někdy ho připodobňuju k jakési nanolupě, která zvětší obrázek molekuly „zevnitř“, a mikroskopem se tak díváme už na jednou zvětšený obraz. To umožní vidět větší detail.

Na rozdíl od klasického zlatého lesku, který známe u šperků, může mít nanozlato barvy od červené přes fialovou až po modrou, nebo dokonce zelenou. (CC)

Zlato je symbolem bohatství a přepychu. Je i jeho nanoverze drahá a hodnotná, nebo jde o běžnou laboratorní záležitost?

Hodnota nanočástic zlata pro nás spočívá spíš v tom, kolik času a energie jsme do práce s nimi investovali. Jinak moc drahé není. Klidně vám flaštičku nanozlata dám. (smích)

Flaštičku? Takže ono teče?

Jsou to pevné krystalky, ale natolik malé, že když je dáme do roztoku, stále v něm plavou, stanou se jeho součástí. Říká se tomu koloidní roztok. Dá se přirovnat třeba k mléku – to jsou kapičky tuku ve vodě. V laboratoři pracujeme s nanočásticemi zlata i diamantů v roztoku.

Říkala jste, že nanozlato je unikátní v kombinaci se světlem. Co se děje při jejich setkání?

Zlato je kov, a tak má v mřížce volné elektrony. Když kolem zlaté nanočástice prochází světlo, elektrony začnou všechny najednou kmitat a vychylují se dokonce kousek mimo částici samotnou. Tím tvoří takový hustý elektronový obláček u jejího povrchu – říká se tomu povrchový plazmon. Elektrony kmitají frekvencí světla a tím se světlu podobají.

A k čemu je takový plazmon dobrý?

Funguje jako zesilovač. Fokusuje energii procházejícího světla do malinkého prostoru u povrchu nanočástice. To zase zpětně ovlivňuje světlo, které okolo prochází, a díky tomu jsou pro nás nanočástice zlata tak intenzivně barevné.

Ve velkém světě, tedy mimo nanorozměry, asi stejné efekty nepozorujeme, že?

Elektrony ve velkém kusu zlata nevytvoří ten kmitající obláček. V nanosvětě to jde proto, že velikost částic je menší než vlnová délka světla.

Nanozlato může být ve formě miniaturní pevné částice, obvykle o velikosti mezi 1 a 100 nanometry, v kulovitém, tyčinkovém nebo jiném nepravidelném tvaru.

Nanozlato pak funguje jako osvětlovač, díky kterému lépe vidíme, co se děje ve vzorku?

Ano, dá se to tak říct. Ale děje se to jen hodně blízko povrchu nanočástice. Zároveň se tam dějí další pozoruhodné věci, které ještě nejsou prostudované. Před několika lety jsme si například všimli, že molekulu, jež je v blízkosti nanozlata, nevidíme tam, kde ve skutečnosti je. Připomíná to trochu legendární fata morganu, při které taky vidíme objekty jinde, než kde jsou.

V trpasličím světě evidentně není nuda. Dá se ale efektu fata morgany nějak využít?

To je právě otázka, kterou se teď zabýváme. Zkoušíme s oním zdánlivým pohybem molekuly pracovat. Chceme se ho naučit kontrolovat a využít ho jako přesnější nanolupu. Ta by nám měla pomoci určit, co se ve sledovaném vzorku děje. Detailnější informace o struktuře a pohybu molekul by mohly usnadnit pochopení enzymatických reakcí včetně dění v DNA, které může vést k poškození buněk. Uplatnění tedy lze hledat v medicíně. Zároveň se dá uvažovat i o úplně jiných oblastech, třeba energetice.

Ta je medicíně poměrně vzdálená. Jak v ní můžou být nanočástice zlata nápomocné?

Aplikace vzdálené sice jsou, ale základní principy setkání materiálu se světlem jsou stejné. I u některých typů solárních článků jsou nanomateriály uspořádané blízko u sebe a je potřeba vědět, co ovlivňuje efektivitu jejich interakce se světlem. Pochopení základních principů tak může ve výsledku pomoci k vývoji efektivnějších solárních článků.

Ptají se vás lidé často, k čemu je vaše bádání dobré?

Samozřejmě a pro mě není úplně jednoduché jim odpovídat, protože hledáme základní principy. Připodobňuju to k objevování neznámého pralesa. Člověk se dostává někam, kde nikdo jiný nebyl. Je dobré mít otevřené oči a zkoušet co nejlépe pochopit a popsat, jak nový svět funguje. Zároveň je ale důležité myslet na to, k čemu by dosažené poznatky mohly sloužit. My sice nepřipravujeme nové mikroskopy nebo solární články, ale i při naší práci vznikají produkty, které lze v praxi použít – vyvíjíme třeba vlastní počítačové algoritmy, po nichž můžou sáhnout i lidé z jiných oborů.

Cílem týmu Vladimíry Petrákové je vylepšit superrozlišovací mikroskopii tak, aby mohla proniknout do větších detailů.

Když už jsme u objevování nových světů, nějakou dobu jste žila a bádala v Německu. Co vám to dalo?

Bylo to úžasné po všech stránkách. Naučila jsem se o vědě přemýšlet úplně jinak než do té doby. Tak nějak svobodněji. Měla jsem pocit, že mám mnohem více času a energie klást si nové i velmi odvážné vědecké otázky. Tady v Česku jsem se cítila vždy víc zahlcená a rozptylovaná. Možná je to tím, že Němci jsou organizovanější, více plánují a nezdržují je pak věci, které vyplouvají nečekaně na povrch.

Můžete uvést příklad?

Stává se, že mi přijde e-mail s úkolem, který je potřeba udělat obratem nebo do několika dnů. Děje se to tady na můj vkus docela často. V Německu jsou proti tomu všechny kroky velice dobře rozplánované, a když už někdo něco nečekaně potřebuje, nechá na to dotyčnému dostatek času. Zdá se mi, že ten český, spontánní a trochu chaotický systém může vést k určité pasivitě, kdy lidé především reagují na vnější podněty. Po návratu z Německa na tohle opakovaně narážím a opravdu cíleně si musím vydobýt svůj prostor, kdy můžu přemýšlet a být kreativní.

U vlastního prostoru to ale nekončí, vaší ambicí je změnit českou vědu. Jak na to jdete?

Přes inspiraci zahraničím. Chci využít potenciál české vědecké diaspory. Založily jsme k tomu se dvěma kamarádkami, spolužačkami z ČVUT, v roce 2018 platformu Czexpats in Science. S naší organizací dáváme výzkumníkům v zahraničí možnost využít jejich zkušenosti, aby mohli pomoci zlepšit vědecké prostředí u nás. Velká část z nich by se totiž ráda vrátila domů, ale některé věci je odrazují.

Víte, o kolik lidí jde a jakým bariérám čelí?

Počet českých vědců a vědkyň za hranicemi odhadujeme na několik tisíc. Víme, že mají velký zájem udržovat kontakty s tuzemskými institucemi i o návrat domů. Rádi by přispěli k rozvoji svých oborů a motivací vrátit se jsou i osobní důvody. Když jsme se jich ptali na překážky návratu, zmiňovali hlavně netransparentní postupy ve výběrových řízeních, platových podmínkách a kariérním postupu a taky akademický inbreeding, tedy obsazování pracovních a vedoucích pozic vlastními absolventy. Máme to zmapované v analýze, kterou jsme letos vydali.

V publikaci, za kterou stojí platforma Czexpats, si autoři mj. kladou otázku, jaké změny jsou nutné k lepší spolupráci s českými vědkyněmi a vědci v zahraničí.

Ta nese název Kdo jsou čeští vědci v zahraničí? Analýza české vědecké diaspory a jejího vztahu k vědě v Česku. Je to opravdu zajímavé čtení. Co je cílem dokumentu?

Ukázat, jak naše vědecké prostředí vidí lidé zvenčí, a identifikovat místa, která je potřeba zlepšit. Jsem moc ráda, že vyšla. Data jsme sbírali prostřednictvím online dotazníků, ale i hloubkových rozhovorů. Zpovídaní působili v době průzkumu ve třiceti různých zemích celého světa, tři čtvrtiny z nich se pohybovaly v přírodovědných a technických oblastech, čtvrtina pak ve společenských a humanitních oborech.

Jako jeden z nejpalčivějších problémů zmiňovaly zejména respondentky, ale i respondenti přístup české společnosti k ženám. Jaké zkušenosti s ním máte vy?

Tahle problematika se mě osobně dotýká velmi silně. V Německu jsem nikdy neměla problém s tím, že jsem vědkyně a mám čtyři děti. Děti tam byly brané jako naprosto přirozená součást života, a tedy i kariéry. Instituce na to byly připravené. V Česku to máme úplně jinak, jde celkově o klima ve společnosti.

Co přesně máte na mysli?

Zkusím to ukázat na příkladu. Už v prvním ročníku univerzity se mi narodila dcera: neměla jsem nárok na mateřskou, neexistovalo žádné sociální stipendium a školka byla až od tří let. Musela jsem strašně bojovat jen o to, abych mohla chodit dál do školy a zároveň zabezpečit dceru. Když jsem na problémy upozornila, byla jsem za ufňukanou a slabou. Taky se zásadně změnil pohled okolí na mě. Už se mě málokdo zeptal na to, co mě baví a co chci dělat po studiích. Byla jsem máma a všichni měli jasnou představu, jak se mám cítit, co mám dělat nebo co pro mě má být důležité. Tohle všechno vytváří prostředí, v němž ženy radši zůstanou doma s dětmi a pak vezmou práci na částečný úvazek, než aby se pouštěly do ambiciózních projektů – jako třeba mít vlastní vědeckou skupinu.

Co by se tedy mělo změnit, aby byla česká věda otevřená všem včetně žen?

Dobrý začátek je uvědomit si, že ten problém existuje, pojmenovat ho. Pak je potřeba upravit granty i podmínky v institucích tak, aby počítaly s životními situacemi, které se týkají třeba narození dětí. Některé instituce nebo grantové agentury to již dělají, ale český vědecký systém je roztříštěný a nekoordinovaný. S Czexpats se snažíme na tyhle věci poukazovat. Za posledních několik let jsme se zprofesionalizovali – máme první zaměstnance a jasnou vizi s plánem, jak ji naplnit.

Vědkyně v roce 2018 spoluzaložila Czexpats in Science a nyní je předsedkyní správní rady.

Co je součástí plánu a jak se vám daří jej realizovat?

Chceme, aby byla věda v Česku světová, otevřená a ambiciózní. Věříme, že české univerzity patří do první světové stovky a chceme je tam pomoci dostat. Důležitý milník je právě zmiňovaná analýza, která jasně identifikuje problémy a navrhuje řešení. Součástí úsilí našeho týmu v Czexpats jsou setkávání s těmi, kdo můžou ovlivnit vědní politiku. Za důležitou ale považujeme i práci zezdola, tedy podporu vědců samotných. S Univerzitou Karlovou jsme vytvořili platformu setkávání vedoucích vědeckých skupin, které říkáme PI fórum (podle anglického Principal Investigator). Vzájemně se od sebe učí, jak vést tým a motivovat ostatní, předávají si zkušenosti, včetně těch zahraničních.

Při povídání o Czexpats jste se úplně rozzářila. Takové nadšení vídám u vědců, kteří vyprávějí o terénních výjezdech třeba do tropického pralesa. Zažíváte něco podobného i ve své výzkumné práci?

Přestože jsem výzkum, kterému se věnuju, k objevování pralesa připodobňovala, musím přiznat, že až tak dobrodružná moje práce není. (smích) I tak mě ale hodně baví a naplňuje. Oceňuju její různorodost, která umožňuje kreativní přístup. Mám dynamickou výzkumnou skupinu, která pořád přichází s něčím novým. Každý jsme trochu jiný, a tak se toho pořád hodně učím.

Jaký máte recept na stmelování týmu složeného ze zástupců různých oborů a kultur?

Snažím se na to myslet už při výběru lidí do laboratoře, všechno pak jde snáz. Máme chemiky, materiálové inženýry, biofyziky, vědce z Německa, Velké Británie i z Nigérie. Důležité je dobře komunikovat a rozumět si navzájem. K tomu nám pomáhají i mimopracovní aktivity. Loni jsme třeba všichni vyrazili na cyklovýlet do Lidic. Chtěla jsem, aby poznali něco z české historie.

To jste jim dala na začátek docela zabrat. Zrovna příběh Lidic vypálených nacisty je dost smutný.

O to víc bychom si ho měli připomínat. Pocházím z Kladna, v gymnáziu, kam jsem chodila, byly umístěné lidické ženy, tam jim odebrali děti. Je to pro mě hodně silné a chtěla jsem tento kousek sebe i místní historie sdílet se svou skupinou. Krajina okolo Lidic je ale i velmi krásná, taková jemná, takže to byl zajímavý kontrast s tragickou minulostí toho místa. Perličkou je, že pro našeho nigerijského kolegu to byla velká premiéra. Do té doby na kole seděl jen párkrát a výlet tohoto typu absolvoval úplně poprvé.

Vy na kole jezdíte často a ráda. Pokud ale vím, tak z Kladna do Prahy přímá cyklostezka nevede, takže k cestě do laboratoře volíte jiný dopravní prostředek?

Cyklostezka tam bohužel není, i tak na kole do práce jezdím, ačkoli ne denně. Někdy je to celkem drsné. Přestože si vybírám menší silnice, i na nich je provoz. Kolo miluju a považuju ho nejen za skvělý nástroj přesunu do práce, ale i na delší vzdálenosti při našich rodinných dovolených.

Vladimíra Petráková je fanynka cyklistiky. Na kole jezdí do práce i na výlety. (CC)

Kam s rodinou na kolech cestujete a je správná moje představa pelotonu kol vybavených zavazadly, spacáky a stanem?

Je nás hodně, to je pravda, ale nejsme žádní závodníci. Užíváme si jízdu krajinou. Naší nejoblíbenější destinací je Francie, kde jsou skvělé cyklostezky a kempy. Projeli jsme trasu podél Atlantského oceánu od Bretaně až po Bordeaux nebo jsme prokřižovali Provence a Alsasko. Chtěli bychom také na sever Evropy, ale tam je to trochu náročnější s počasím.

Cestování s dětmi má své výzvy. Máte nějaké dobrodružné příhody?

Dříve se hodně historek točilo okolo drobností, třeba kam na nočník, teď jde spíš o to, motivovat je, aby překonaly únavu, vyšláply kopec a pak si užily ten pocit vítězství. Nejvíc vzpomínáme na úplně první cyklovýpravu před deseti lety. Tehdy nám ve Francii pořád pršelo. Měli jsme všechno mokré, už i stan byl promočený a poslední kapkou bylo, když si to synek v jediných suchých kalhotách namířil přímo do jezera. Úplně si pamatuju moment, jak mu přes okraj holínek začala téct voda dovnitř. V tu chvíli se mi chtělo už jen brečet. On si to ale moc užíval a teď máme na co vzpomínat. (smích)

Zkoumat nanosvět musí být fuška, takže chápu, že kolo je skvělým prostředkem k pročištění hlavy. Jak ještě odpočíváte?

Taky docela ráda běhám. Mám sen zvládnout závod na Novém Zélandu, který se běží přes celý ostrov, od jednoho pobřeží ke druhému. Je to kombinace běhu, kola a kajaku. Ve třiceti letech jsem si řekla, že ve čtyřiceti do toho půjdu. Čtyřicet mi bude ale už letos a na tenhle závod pořád natrénováno nemám. Budu muset víc zabrat. (smích) Třeba to klapne příští rok. Zatím je to trochu ve hvězdách.

Když už jsme u hvězd – letos v lednu vyšla vašemu týmu studie v časopise Nature Communications, která s nimi překvapivě tak trochu souvisí…

Ano. Pro vizualizaci molekul používáme fluorescenci, takže obrázek, který vidíme pod mikroskopem, se podobá hvězdnému nebi. Je to černý podklad a spousta svítících bodů. Nechali jsme se inspirovat jednou z metod, které používá astronomie, a uzpůsobili jsme ji k rozpoznání molekul v mikroskopickém obrázku.

Jak vás to napadlo?

V oblasti astronomie a radarů se tahle metoda používá již dlouho, ale v mikroskopii kupodivu vůbec. Nápad přišel od kolegy Miroslava Hekrdly, který dříve působil právě v radarovém výzkumu. Považuju to za skvělý příklad toho, jak inspirace jedním oborem může pomoci k rozvoji úplně jiné disciplíny. V rozmanitosti je síla.

Pestrost také provází celou vaši dosavadní vědeckou cestu. Do jakého oboru bychom vás vlastně mohli zařadit? Fyzikální chemie? Biofyzika? Materiálové inženýrství?

Původně jsem vystudovala biomedicínské inženýrství na ČVUT, které se zabývá třeba nemocniční technikou, ultrazvuky, magnetickou rezonancí a podobně. Dalo mi to skvělou průpravu napříč obory – naučila jsem se fyziku, chemii, elektro, zpracování signálů, ale také biologii nebo základy medicínských předmětů. Celý náš tým je různorodý, což nám poskytuje schopnost dívat se na předmět našeho výzkumu z netradičních úhlů.

Proto i v nanočásticích zlata a diamantu vidíte potenciál, který nemusí být jiným na první dojem zjevný…

Je tam ještě hodně co objevovat, většina nanosvěta je neznámá, jako ty pomyslné pralesy, o kterých jsme mluvily.

Článek vyšel pod názvem Hrátky se šperky v A / Magazínu 1/2025:

1/2025 (verze k listování)
1/2025 (verze ke stažení)

Čtvrtletník A / Magazín vydává Akademie věd ČR. Výtisky zasíláme zdarma všem zájemcům. Kontaktovat nás můžete na adrese predplatne@ssc.cas.cz.

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR; Shutterstock; archiv Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR

 Text a fotografie označené CC jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Tajemství termitů: dlouhověkost a po miliony let fungující řád
• Plasty by se mohly vyrábět z oxidu uhličitého získaného z atmosféry, říká chemik
• Čeští vědci spolupracují na vývoji ekologických a levných solárních článků
• Nebezpečné látky obsažené v náplních elektronických cigaret poškozují plíce
• Nový vodíkový elektrolyzér ukládá energii z obnovitelných zdrojů
• Chemičkou jsem se chtěla stát už od čtrnácti let, říká Adéla Šimková
• Vědci vyvinuli novou kontrastní látku, která pomůže včas odhalit skryté nemoci
• Rostliny v sobě mají neuvěřitelné chemické bohatství, říká Tomáš Pluskal
• Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů
• Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu