Pro širokou veřejnost

Co dělám?

Zabývám se fotochemií. Možná jste o této mladší sestře chemie ještě ani neslyšeli, ale nebýt interakce světla s hmotou tak si například nepřečtete tyto stránky. Vidění je krásný příklad fotochemické reakce – po absorbování fotonu se ´pokrčená´ forma molekuly retinalu (11-cis retinal) natáhne (vznihne all-trnas retinal) a tato změna zapříčiní vedení signálu až do mozku, takže vidíme. Já se zabývám tím, co se stane s molekulou poté, co na ni zasvítí světlo. Nejraději sleduji, jak jeden stav excitované molekuly přechází v jiný. Tuto znalost kinetiky pak mohu použít k pochopení toho, co se vlastně s molekulou stalo. Případně mohu molekulu pozměnit, aby se dělo to, co si přeji.

Příklady naší práce

Foto-labilní chránicí skupiny

Chránicí skupiny se používají k ochránění nějaké funkční skupiny v molekule. Tato chránicí skupina způsobí dočasnou ztrátu nějaké vlastnosti původní molekuly. V dalším kroku můžeme tuto chránící skupinu odstranit a tak odmaskovat původní molekulu – vrátit jí funkčnost. U foto-labilních chránicích molekul se k odmaskování používá světlo.

Led

Led je fascinující: tak jednoduchá substance – zmrzlá voda. Přesto se s odborníky shodujeme, že o ledu toho víme stále dost málo. Je to jedna z těch částí vědy, kde čím více se dozvídáme, tím více zjišťujeme, jak málo toho víme. Ledové království se rozkládá v silně meziooborové sféře – je potřeba fyzika, chemie, mechanika a třeba i biologie.

Já se již od roku 2001 věnuji nečistotám ve zmrzlých z roztocích. Během mrazení se nečistoty vytěsní do malých prostorů, kterým někdy říkáme žíly. V těchto žilách jsou pak nečistoty ve velmi vysokých koncentracích — a tam také případně interagují, reagují, fotoreagují. Rozdílnost spektroskopických vlastností látek a reaktivity v roztoku oproti ledu je veliká a fascinující. Není dokonce vyloučeno, že ledové žíly posloužily jako první buněčné stěny při vývoji života. Spojení znalostí o ledu s fotochemií a spektroskopií je oblast, ve které se snažíme být užiteční.

Proč dělám?

Předně musím přiznat, že hlavním důvodem je, že mě tato práce baví a líbí se mi. To však především proto, že věřím v její smysluplnost. Věřím, že jednotlivá malá a dílčí poznání a pochopení, která děláme, mohou být jednou použita pro věci velké a užitečné, ke kterým směřujeme. Důležité je, že ty malé věci jsou chápany a popsány správně a přesně. Jedním z příkladů mohou být fotochemicky odstupující chránící skupiny aplikované v medicíně. Při léčbě rakoviny se dnes běžně používají cytostatika. Jsou to látky, které v podstatě neselektivně zabíjejí jakékoliv buňky. Více ty, které se rychleji množí – to jsou ty rakovinné, ale přesto dostanou zabrat buňky celého těla. Pro zvýšení úspěšnosti léčby by bylo dobré aktivní cytostatikum dopravit jen do karcinomu a neotravovat s ním ostatní buňky. Jednou z možností je zablokovat aktivní část cytostatika, takto blokované cytostatikum rozptýlit po celém organismu a pak ho fotochemicky aktivovat jen v místě karcinomu. Takto by se zlikvidovaly buňky rakovinné, aniž by tím trpěly buňky ostatní.

Jak dělám?

Nejčastěji sleduji změnu barvy. Když si připravujete šumák z prášku, bezbarvá voda se postupně zabarvuje. Pokud jste už daný nápoj dříve připravovali, víte, jak moc bude voda oranžová (žlutá, hnědá, zelená…), až bude všechen prášek rozpuštěn. Podle zabarvení pak poznáte, jak moc je nápoj sladký. Jinými slovy, měřením míry zbarvení odhadujete koncentraci chemikálií (barviv a sladidel) ve Vaší limonádě.

Kdybyste sledovali dvě nádoby s právě přidaným šumákem, jeden intenzivně míchaný a druhý bez míchání, zjistíte, že míchaný se zabarvuje podstatně rychleji. Můžete takto sledovat rychlost rozpouštění.

My na měření barvy používáme přístroj – spektrometr. Ten umožňuje objektivně stanovovat barvu – vlnovou délku a sílu zabarvení tj. relativní množství absorbovaného světla neboli absorbanci. Takto můžeme dobře a jednoduše určovat koncentrace různých látek a případně jejich změnu v čase – neboli kinetiku.

Princip zábleskové spektroskopie

Chemická reakce může být odstartována jednoduchým smícháním dvou látek nebo pohlcením světla – excitací. Záblesková spektroskopie používá druhou zmíněnou metodu – intenzivně a krátce se zasvítí na vzorek a pak měřením změny barvy (absorbance) v čase se určuje kinetika sledovaného procesu. Jak krátce se dá zasvítit? Slovo krátce je relativní a záleží na tom, jak dlouho probíhá sledovaný proces. Jako zevrubné pravidlo se dá říct, že když bude záblesk 10 x kratší než sledovaný proces, je záblesk dostatečně krátký. My máme k dispozici 150 fs, 150 ps a 40 microsekundové zdroje světla.

Mě fascinuje na zábleskové spektroskopii okamžitá odpověď. Připravíte vzorek, zmáčknete tlačítko, vystřelí laser a lampa a VIDÍTE výsledek. Je to zábavnější než hrací automaty! Pak musíte trávit hodiny přemýšlením o tom, co to vlastně vidíte a jak upravit experimentální podmínky pro ověření nebo vyvrácení domněnky.