Tři vědecké týmy vyvinuly levný, účinný a recyklovatelný nanomateriál, který dokáže ve vodě nejen odhalit, ale také likvidovat těžké kovy, zejména kadmium a olovo. Jde o výsledek spolupráce vědců z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií – CATRIN Univerzity Palackého v Olomouci, ostravské VŠB-TUO a Katalánského institutu pro nanovědy a nanotechnologie (ICN2) v Barceloně..

Kontaminace odpadních vod průmyslovou činností je palčivým problémem současnosti, olovo a kadmium se spolu se rtutí řadí mezi nejtoxičtější těžké kovy vůbec. Látky detekují takzvané grafenové tečky odvozené od nobelovského materiálu grafenu.

Jednoduchý test prokáže přítomnost nebezpečných těžkých kovů bez nákladných přístrojů zhruba do 30 minut. „Je velmi důležité mít k dispozici levnou technologii, která dokáže tyto vysoce škodlivé látky ve vodě odhalit i v malém množství a současně je elegantně a rychle odstranit,“ uvedl jeden z autorů výzkumu Radek Zbořil, vědecký ředitel CATRIN-CRH. Nově vyvinutý materiál dokáže obojí – ve formě papírového senzoru spolehlivě identifikuje kadmium či olovo a následně ve formě nanočástic tyto kovy s rekordní účinností odstraní.

„Touto cestou se moderní technologie ubírají. Obdobně se postupuje například v medicíně, kdy tatáž látka v těle diagnostikuje onemocnění a následně jej i léčí,“ dodal profesor Zbořil. Výsledky bádání publikoval odborný časopis Small a vědci už také podali žádost o patentovou ochranu objevu.

Senzor po kontaktu s kovem „zhasne“

Grafenové tečky, které olomoučtí vědci studují řadu let, mají kromě dalších výjimečných vlastností schopnost fotoluminiscence – to znamená, že po ozáření světélkují. Právě tato vlastnost hrála při výzkumu důležitou roli.

„Zjistili jsme, že pokud se na povrch našeho senzoru naváže kadmium nebo olovo, dojde ke zhášení fotoluminiscence.

Tím jsme schopni daný kov odhalit, a to ve velmi malém množství, mnohonásobně nižším, než jsou Evropskou unií povolené limity pro obsah těchto prvků v pitné vodě,“ uvedl první autor práce David Panáček z CATRIN.

Nevýhodou stávajících technologií používaných pro stanovení těžkých kovů je potřeba speciálního a nákladného technického vybavení i školeného personálu. Aby se vědci této komplikaci vyhnuli, vyvinuli unikátní papírový detektor.

„Základ tvoří levný chromatografický papír, na nějž jsme nanomateriál nanesli. Takový detektor je extrémně levný a nenáročný na použití. Po ponoření papírku do vody pouhým okem poznáme, jestli se ve vodě těžké kovy nacházejí, nebo ne,“ vysvětlil Panáček.

Materiál by mohly využít průmyslové podniky

Výzkum začal zhruba před dvěma lety, kdy David Panáček navštívil barcelonský institut v rámci doktorského studia. Působil ve skupině Arbena Merkoçiho, světově uznávaného odborníka v oblasti senzoriky.

„Od počátku jsme měli jasný plán spolupráce. My jsme vyvinuli uhlíkový nanomateriál s požadovanými optickými vlastnostmi umožňujícími detekci těžkých kovů a kolegové ze Španělska pak pomohli s testováním a optimalizací.

Díky skvělé spolupráci a sdílení znalostí jsme dospěli k produktu, který má značný komerční potenciál,“ doplnil Panáček.

Fotoluminiscenční uhlíkové tečky studují vědci z CATRIN již několik let a v minulosti prokázali jejich využití zejména v lékařské diagnostice pro měření teplot v živých buňkách nebo pro diagnostiku rakoviny plic.