Nanoroboti nemají potenciál jen v lidském těle. Umí dekontaminovat půdu, extrahovat uran nebo lithium. Snad i najít ropu. Jsou komplexní a úžasní. Stejně jako výzkum profesora Martina Pumery. Nedávno se vrátil po 20 letech v zahraničí a teď má „excelentní“ výzkum za čtvrt miliardy korun. .

Tři dny po tom, co skončil studium, odjel do Ameriky. Byl ve Španělsku, učil jako profesor a měl skupiny v Japonsku a Singapuru. Pak se vrátil do Česka a získal evropský grant 9 milionů euro na 6 let.

Bavili jsme se 38 minut. Dost málo na to, když proti vám sedí jeden z nejcitovanějších chemiků světa. Doc. RNDr. Martin Pumera, Ph.D. za tu půlhodinu otevřel devět témat, kde by se dal aplikovat jeho výzkum pohyblivých nanorobotů.

A další zůstaly nevyřčené. „Těch oblastí je tolik… Brzy budou součástí běžného života. Za pět až deset let,“ říká významný světový chemik, který před lety získal a vrátil „vědeckého Oskara“, prestižní ERC grant.

Jeho nanoroboti – mikroskopické umělé organismy – dokážou po těle roznášet protirakovinné léky nebo třeba čistit životní prostředí. Nanorobotika na VŠCHT je budoucnost. Jde jen o to, jak blízká…

Co je nano?

Jde o předponu soustavy SI a znamená mocninu 10−9. Je to miliardtina metru, tisíckrát menší věc, než je průměr lidského vlasu.

Vizitka

Doc. RNDr. Martin Pumera, Ph.D. (*1974)

doktorát obhájil na katedře analytické chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze

působil jako výzkumník například v USA, ve Španělsku či v Japonsku

v roce 2009 získal ERC Starting Grant do Švýcarska a zároveň stálé místo profesora na Nanyang Technological University v Singapuru; ERC Starting Grant proto vrátil a odjel působit do Singapuru

uspěl v Operačním programu Výzkum, vývoj a vzdělávání, kdy jeho projekt byl hodnocen ve velké mezinárodní konkurenci jako třetí nejlepší a tak se kvůli projektu přestěhoval ze Singapuru zpět do Prahy

od prosince 2016 je klíčovým zahraničním vědeckým pracovníkem na Vysoké škole chemicko-technologické v Praze (VŠCHT)

na VŠCHT dává dohromady nový vědecký tým složený z vědců z mnoha zemí; hlavním zájmem týmu je výzkum nanorobotů

má na kontě přes 650 článků v indexovaných žurnálech, více než 30 000 citací a podle databáze Essential Science Indicators patří mezi 0,1% nejlepších vědců v oblasti chemie

bydlí u Říčan, je ženatý, má dvě děti, manželka je dětskou psychoterapeutkou

Zdroj: universitas.cz

 

Na stránkách VŠCHT, když jste obhájil žebříček nejcitovanějších vědců na světě, o vás napsali, že jste vedoucí excelentního Centra pro Pokročilé Funkční Nanoroboty. Zřídkakdy člověk použije slovo excelentní….

(smích) A přitom ho nemám rád… To je tragédie. Řeknu jim, ať to vymažou.

Všichni chtějí být excelentní, ale je jím málokdo. Co je excelentní vědec? Jestli vy jste excelentní žurnalista, tak to poznám podle toho, co píšete. Takhle by to mělo být s vědci.

Ale dobře…Já chci mít špičkový tým, takže mám třeba paní z Peru, lidi z Kolumbie. Čechů je asi 30 procent.

Berete si s sebou některé kolegy z minulých zahraničních prací?

Když jsem se poprvé stěhoval z Japonska do Singapuru, tak jsem měl dva „post docy“ (vědecký zaměstnanec) a ty jsem si vzal s sebou. Když jsem šel ze Singapuru sem, tak jsem ji práci nabídl zase, ale už měli vlastní skupiny.

Byl by nesmysl, kdyby šli sem na nižší pozice. Ale vzal jsem si ze Singapuru tři jiné vědce: Portugalce, Íránku a právě tu Peruánku.

Česko je na vědce přebrané?

Možná tady jsou, ale musel bych je odněkud přetahovat. Chci dělat světovou vědu a sázet jen na domácí hráčem nejde. Musíte mít cizince. Jsme asi v půlce výzkumu. Máme dvě základní linie.

Ano. Nanoroboty kteří se pohybují sami…

(kývne) Nanorobot či mikrorobot má velikost buňky nebo menší až viru. Berou energii z okolí, třeba světelnou energii transformují do chemické směsi, na kterou pak jedou. Nebo ji berou z  prostředí. Dokážeme je nadesignovat různě.

Když chcete, aby se hýbaly, tak tam dáte titanoxid (TiO2), který se jinak používá na bílení. Nebo třeba platinu. Když budete chtít, aby se pohybovaly podle magnetického pole, tak tam dáte oxid železa – vlastně nanočástečky rzi.

Pokud chcete, aby našly rakovinové buňky, tak tam dáte receptory, které se na tu rakovinou buňku nalepí. Umíme je chemicky naprogramovat tak, že když se na rakovinové buňky nalepí, tak uvolní protirakovinné léčivo.

Vypadá to geniálně jednoduše.

Ale zas tak není. Právě ta akce, pohyb, designování – to je ten princip, co děláme. Metody pohybu se vyvíjejí hrozně rychle. Začínalo se s jednoduchými systémy, kde brali chemickou energii – jaksi žrádlo – z okolí.

Zároveň ale potřebujete roboty, kteří se v těle degradují a tělo je vyloučí. Když chcete nosiče léčiv pro onkologicky nemocné, potřebujte biomateriály, aby vás něco umělého nezabilo. Každý specifický nanorobot musí být zvlášť nadesignovaný.

Výkřik

Nanoroboti sami nedokážou nic, je to jen kus hmoty nebo polymeru. Skládáme je s atomovou přesností, kde je těch komponent 5–10, ne víc.

Skládáte nanoroboty velikosti virů, od 20 do 300 nanometrů. Umíte se opravdu dostat na velikost 20 nm, nebo je to spíš 50 až 100 nm?

To je dobrá otázka… My aktuálně tvoříme nanoroboty velikosti 22 nm. Velikost přitom je a není problém. Už narážíme na rozměry molekul a otázka je, proč mít roboty velikosti molekul? Pod tím jsou už jenom atomy… Zároveň takhle malého robota v těle je těžké uřídit, protože do něj narážejí jiné částice, molekuly. Díky těmto srážkám se hodně točí na místě.

Teď designujeme nanoroboty, aby mohli proniknout do buňky. Jendou potřebujeme dělat malé nanoroboty, pak zase chceme, aby byli rychlí. Myš také má svou rychlost a slon zase svou. Když máte nanorobota velikosti 100 nanometrům nebo 100 mikrometrů (tisíckrát větší, pozn. red), je to rozdíl o tři řády, takže i jejich rychlost je o tři řády jiná.

A když pracujeme na nanorobotech pro dekontaminaci přírody a půdy, potřebujeme, aby robot uběhl stovky metrů, a nemusí být tak nano. Nebo do trávicího traktu jsou lepší i milimetroví roboti. Záleží, co potřebujete.

Dobře, řekněme, že potřebujete nosič do krevního řečiště. Třeba velikosti 50 nanometrů. To skládáte atom po atomu?

Ano. Začněme na chemickém základu, na první vrstvě. Položíme třeba 20nm zlatou částici, jsou uniformní a máme jich miliardu. Pak potřebujeme dát třeba vrstvu titanu, také chemicky, protože chceme být precizní a takhle jdeme třeba na 5 až 10 vrstev.

A to dělá jeden přístroj na plátu, kde je miliarda kusů nanorobotů, protože mít jednoho nanorobota je k ničemu?

Přesně tak. Ten přístroj není sériová linka, je to paralelní linka velikosti stolu. Dám do něj desku jako je papír A4 a pak vezmu sprej a postříkám to. V ten moment mám základ třeba miliardy nanorobotů, vrstvy titanu, při dalším kroku se rozhodneme dát vrstvu platiny. Takže posprejuju desku a změnil jsem miliardy nanorobotů.

Podobně se tvoří roboti s enzymy?

U nich je to trochu složitější, ale princip víceméně stejný.

Kolik stojí ten takový přístroj?

Asi 15 000 dolarů.

Věda se zabývá i respirocyty – teoretickými nanostroji, které fungují jako umělé červené krvinky. Každý umí přepravit 236násobné množství kyslíku než přirozená červená krvinka.

Podle jejich tvůrce, Roberta Freitase, umožní člověku běžet rychlostí olympijského sprintera 15 minut, aniž by se jen zadýchal. Je to možné? .

Nejsem lékař. Nevím, jestli je to vůbec fyzicky možné. Problém těchto systémů je ten, že to může fungovat v laboratoři, ale pak to třeba nemusí fungovat v těle. Aby se dostalo léčivo do praxe, trvá to třeba 10 let. A to až v momentu, kdy je design zafixovaný.

To všechno má potenciál zajímat vlády, tajné služby, armády.

Také, když jsem byl v Singapuru, jezdili tam zástupci z U.S. Air Force a obhlíželi výzkum vhodný pro armádu. Hledali něco zajímavého. Říkám jim: „Umíme detekci výbušnin…“ „Ne, to už děla Navy (Námořnictvo Spojených států amerických, pozn. red) a to už je aplikované.“ „Aha, dobře,“ povídám, „pak děláme ještě to a to.“ Oni na to:

„Nene, to je už next generation (další generace), to už dělá DARPA (Agentura ministerstva obrany pro pokročilé výzkumné projekty, pozn. red), to nás nezajímá. A dál?“ A já říkám… „Děláme nanoroboty, ale to bude tak za 20 let, to vás nemůže zajímat.“ A oni byli nadšení, právě že chtějí „next next technology“.

Tak jsme si pohovořili. (smích).

Jsou tady agentury, které chtějí mít potencionální aplikaci brzy. A pak jsou tady zájemci o výzkum v horizontu jedné generace (20 let).

Někdo z české armády za vámi nepřišel, že by měli zájem o něco nano…?

Zatím nepřišli… Bohužel (smích). Ale nejde jen o armádní využití. Dá se to využít k dekontaminaci střelnice. Američané mají třeba vojenský prostor, kam střílejí, a po 30 nebo 50 letech je ve vodě spousta výbušnin a karcinogenních látek.

A jedna z možností je to dekontaminovat chemicky. Ale to je zase výhled do budoucna.

A co něco dřív? Co budou dělat nanoroboti za pět let?

Nevymýšlím si, takže říkám, že maximálně budou čistit životní prostředí. Máme spolupráci a výzkum  Regionálním centrem pokročilých technologií a materiálů v Olomouci.

Životní prostředí je dobrý start, ne?

Jasně. Budou to železné nanočástice. Když rozpohybujete velké množství takových dekontaminantů, vyčistí mnohem rychleji a efektivněji obrovské množství půdy.

Dekontaminace největší ekologické zátěže v zemi, půdy v ostravských lagunách, se řeší přes 25 let. A stojí to miliardy. Vy byste to zvládli levněji a rychleji jenom tím, že do půdy nalijete miliardy nanorobotů? .

Ano… Umíme i extrahovat uran z půdy. Vyšel nám k tomu vědecký článek a z BBC World mi kvůli tomu dvakrát volali.

Co lithium?

I to dokážeme extrahovat… Ale těžaři ještě nepřišli. Jiné metody jsou možná lepší, ekonomičtější, tedy prozatím…

Člověk dokáže generovat stejně elektrického výkonu jako 1 m² solárního panelu ve slunečném dni, nebo 10 m² při dni zamračeném. Zatímco v klidu podá člověk výkon asi 100 wattů, vrcholoví sportovci dosáhnou i na 400 wattů.

Plýtvá se jí. Vy se zabýváte i energií z lidského potu. Je to blízká budoucnost nanochemie?.

Jednu skupinu mám i v Brně, kde neděláme nanorobotiku, ale systémy na nositelnou elektroniku. Jde právě o enzymatickou přeměnu potu na elektrickou energii. Buď můžete mít energii jen z vašeho odpadního tepla, což třeba v Singapuru úplně nefunguje, když je tam venku 35 stupňů, nebo můžeme jít druhou cestou, a vyrábět energii z potu.

V potu je hodně chemických látek, dokážeme jím napájet třeba elektronický náramek.

Britští vědci z King’s College London tvrdí, že jsou jen krok od konstrukce automobilů na mikrobiální palivové články, které na kilogram cukru ujedou 100 km. Jejich kolegové z Bathu zase pomocí mikrobiálních palivových článků (zkratka MFC) vyrábějí elektřinu z moči. Jak je těžké propojit živé organismy s nanoroboty?.

Těžké to není, zase záleží, co od toho chcete. Já mám, bohužel, jen 15 lidí ve skupině. Takže musím výzkum „zafokusovat“. Mít dvakrát více lidí, tak bych dělal cokoli. Chemické energie je spousta, nesmíte mít ale velké ztráty.

Když tedy máte skupinu 15 lidí a děláte něco jako „next generation“ a možná i „next next generation“, dokážete si představit obří skupinu, která by sestávala z dalších 15 skupin, které byste zastřešoval?    .

Dobrá otázka… To už je opravdu velký managment. Je ale otázka, jestli by mě to bavilo. Mně třeba baví s těmi lidmi pracovat – takový people development – posouvat je, dávat jim celistvý obraz, který oni zatím třeba nevidí.

Skrze ně já mám o 15 mozků víc a o 30 rukou víc. A je potřeba na vše získávat peníze.

Prošel jste zeměmi – Singapur, USA, Japonsko –, které jsou světovými lídry v oboru nanochemie. Co vám ty vědecké pobyty daly a co jste dal vy jim?

Možná důležitější než to kolem nanorobotů, je to, co je všude to kolem. Vrátil jsem se do Čech a potkal jednoho profesora. Moc příjemný pán a říkal: „Vy se na těch fotkách s těma žlutými holkama furt zubíte…“ Žluté holky?

Byly to vysoce vzdělané, edukované a inteligentní ženy. Žádné žluté holky. V Asii se chovají jinak, je slušnost tam hostit lidi. Jde o drobnosti, které ve výsledku dělají obraz. A samozřejmě věda je na velmi vysoké úrovni.

Vzdělání je tam cesta do budoucnosti. Ti studenti se tam učí opravdu těžce a mají výsledky. Tady u nás přijde vědecký pracovník do skupiny a po půl roce řekne, že se mu to nelíbí a odchází. V Asii by buď vůbec nenastoupil, nebo by to vydržel. Nebo by něco řekl, abychom to změnili.

Jiné myšlení…

My si technologický pokrok jakoby odžili před 100 lety. Myslím tím myšlení, že jen věda a technologie vás dostanou dál. Čína v 60. letech skočila Velkým skokem vpřed k hladomoru, k tragédii. Singapur byl ve stejné době velmi chudá země.

Vyloženě chudá, závislá na Británii. My naopak měli ještě dobrou vědu – Heyrovského, Wichterleho a jiné. A kde jsou oni dnes a kde my? Oni si přišli na to, co je důležité a dávají do toho velké prostředky.

A vydrží. Nevzdávají to po dvou letech.

V Singapuru před 20 lety měli 0 procent příjmu z farmacie. Pak otevřeli farmakologické fakulty, najali nejlepší profesory ze světa, dali jim americké platy, 20 000 dolarů měsíčně, a teď mají HDP 16 % z farmacie.

Jsou diverzifikovaní. Trh s elektronikou skáče, farmacie to pufruje.

V jiné oblasti to samé. Vyházeli horší profesory – to by tady vůbec nešlo – a najali ty nejlepší. Když jsem tam působil, učilo tam jen 5 procent profesorů ze Singapuru, zbytek byli cizinci, včetně mě. Tady by se stavěly barikády.

Já byl celý produktivní život mimo. Asi tomuto českému systému úplně nerozumím. Tady je systém strašně zkostnatělý.