Sdílet
1. července 2021
FET-OPEN program Evropské unie podporuje výzkumné a vývojové projekty přinášející radikálně nové výsledky se značným potenciálním využitím ve vědě a technice. V rámci tohoto programu byl podpořen i projekt PETER, na němž spolupracovali vědci z CEITEC VUT, University Stuttgart v Německu, institutu NanoGUNE ve španělském San Sebastianu a společnosti Thomas Keating Ltd. z Velké Británie. A to pod vedením profesora Tomáše Šikoly z CEITEC.
PETER posouvá hranice toho, co lze zkoumat pomocí klasické metody elektronové paramagnetické rezonance (EPR). Tato klasická metoda se využívá zejména ke studiu materiálů a vzorků obsahujících nespárované elektrony – jako jsou biomarkery, nosiče náboje, defekty krystalové mřížky, a podobně. Její nevýhodou je ale nízká citlivost – zkoumaný materiál musí mít vysokou koncentraci těchto nespárovaných elektronů pro získání kvalitního signálu.
Projekt PETER přináší nový typ spektroskopického EPR mikroskopu, který – poprvé vůbec – využívá plasmonického efektu v elektronové paramagnetické rezonanci. Plasmon je kvazičástice, která vzniká interakcí volných elektronů v kovovém materiálu s vysokofrekvenčním zářením. V jejich blízkosti vzniká lokalizované, velmi intenzivní elektromagnetické pole, které dokáže zesílit EPR signál a poskytnout nám tak informaci o materiálu ve velmi malém rozlišení.
Klíčovou součástí nově vyvinutého přístroje je sonda pro rastrovací mikroskopii (SPM), na jejímž hrotu je umístěna speciálně připravená plasmonická mikrostruktura (anténa). Tento hrot je pomocí na míru vyvinutého systému posouván po vzorku, přičemž je možné zkoumat i vzorky s nepravidelnou (heterogenní) strukturou.
„Tyto plasmonické mikrostruktury vyrábíme na CEITEC buď elektronovou litografií nebo optickou litografií,“ popisuje profesor Šikola. „Vlastnosti mikrostruktur můžeme i spolehlivě simulovat za pomocí numerických metod pro dosažení konkrétní úrovně zesílení EPR signálu.“ Dílčí výsledky popisující numerické simulace a výrobu plasmonických antén byly již publikovány v mezinárodních vědeckých časopisech a na konferencích.
Zvýšená citlivost nové metody by mohla zásadně rozšířit možnosti toho, co bylo dosud možné zkoumat pomocí EPR. Posunutí hranice rozlišení by například otevřelo novou disciplínu „nitrobuněčné EPR“, kterou by bylo možné využít v diagnostice nádorových buněk. Podobně bychom mohli podrobně zkoumat chování a degradaci baterií, což by přineslo prodloužení jejich životnosti. Možnosti využití se otevírají i v rychle se rozvíjejícím poli kvantových technologií.
„Rádi bychom náš prototyp elektronové paramagnetické rezonance, který už máme hotový ve Stuttgartu, nabídli širší komunitě,“ říká profesor Šikola. Stále je však nutné před zpřístupněním prototypu udělat řadu testů. „Během dalších let budeme na prototypu dále pracovat, aby byl eventuelně připraven ke komercializaci,“ uzavírá Šikola.
Autor: Božena Čechalová