Český vědec světového formátu Martin Pumera posouvá hranice toho, co ještě není sci-fi. Jeho tým vyvíjí nanoroboty, kteří dokážou likvidovat toxiny, mikroplasty i biofilmy – a brzy je čeká mise na Mezinárodní vesmírnou stanici.
Před téměř šedesáti lety natočil americký režisér Richard Fleischer snímek Fantastická cesta. V něm zmenšil posádku, kterou v ponorce vyslal do krevního oběhu smrtelně zraněného vědce, aby mu odstranila sraženinu v mozku.
Sci-fi oceněné dvěma Oscary rád používá jako příměr ke svému výzkumu světoznámý vědec Martin Pumera. Jedenapadesátiletý profesor, který působil téměř dvacet let v zahraničí a do Česka se vrátil v roce 2018, se zabývá mikroroboty a nanoroboty. Ti, podobně jako miniaturní záchranářský tým, mají ničit škodlivé látky jak v těle, tak i v přírodě.
Odborník, jenž patří mezi nejcitovanější chemiky světa a publikoval více než devět set odborných článků, je rovněž jediným českým vědcem v první pětistovce světového žebříčku podle takzvaného Elsevier-Stanford seznamu.
Už čtyři roky má také výsadu nominovat kandidáty na Nobelovu cenu. A ač ji dosud žádný z jeho favoritů nezískal, důležité je podle něj i to, že na ně a jejich práci upozorní.
Martin Pumera byl minulý týden hostem jedné z největších nanokonferencí NanoCzech, která se konala ve Vratislavicích nad Nisou.
Mluvil hlavně o budoucnosti nanorobotů. Ti první se objevili už před dvaceti lety, kdy se je snažili vědci nejdříve rozpohybovat. „Nanorobot se pohybuje tak, že žere něco, co je kolem něho, což může být třeba škodlivá chemikálie, ale byla to hloupá částečka, taková neřízená střela, která se hýbe, kam chce,“ popsal vědec.
Dalším krokem bylo zadat nanorobotovi, co má přesně dělat. Že může zachytávat nebezpečnou látku z životního prostředí nebo se na něj dají navěsit materiály, které přetvářejí nebezpečnou látku na látku méně škodlivou. „A když ten robot cítí, že tam ta látka je, tak ji lidově řečeno sežere,“ podotkl Martin Pumera.
Foto Profimedia
Nanorobotů je nicméně pro to, aby měli vliv na celkové prostředí, potřeba mnoho, více než miliarda. Stejně jako vám jeden virus neublíží, vás jeden nanorobot neuzdraví nebo vám nevyčistí podzemní vodu. Pokud se ale pohybují koordinovaně v hejnech, pak to dokázat mohou.
V oblasti biomedicíny už se na jejich výzkum soustředí desítky týmů. Léčba rakoviny těmito nanoroboty je zatím stále ve výzkumu, přesto se již v medicíně využívají.
Velkou výzvu v jejich použití vnímá Martin Pumera v oblasti životního prostředí, na něž se zatím tolik vědců zkoumající nanoroboty nesoustředí. Právě proto se na tuto oblast zaměřila skupina kolem českého vědce, která na tento projekt získala také grant.
„Vybrali jsme si například zaměření nanorobotů na nanoplasty a likvidaci biofilmů. Snažíme se najít díry na vědeckém trhu, tedy oblasti, které nikdo moc nezkoumá a kde dokážeme přinést přidanou hodnotu,“ vysvětlil Martin Pumera.
Další z takových děr na vědeckém trhu je těžba či extrakce minerálů z odpadu, který končí na skládkách. Spousta z nich má v sobě řadu vzácných kovů. Ty mohou být pro přírodu toxické, takže je potřeba je odstranit, zároveň se ale dají vytěžit a mohou generovat zisk.
U nanorobotů mají vědci prakticky jen dvě možnosti, jak s nimi zacházet. Buď jsou autonomní, ale v tom případě mají chytrost autíčka na setrvačník, což znamená, že se někam nasměrují a tam splní úkol. A pak existují nanoroboti, kteří autonomní nejsou, ale lze je ovládat magnetickým polem, tedy polem generovaným cívkami.
Nanoroboty tak lze použít i na ničení mikroplastů ve vodě. „Mikroplasty jsou zapeklitý problém. Uvádí se, že každý člověk má v sobě minimálně objem mikroplastů rovnající se jedné kreditní kartě – jsou rozložené od mozku až po palce na noze,“ upozornil Martin Pumera.
„Když vyhodíte plastovou lahev do přírody, což prosím nedělejte, tak vám časem zkoroduje, ale ne vše. To, co po ní zbyde, jsou právě mikroplasty. A jak chcete zničit něco, co je téměř nezničitelné? To je výzva, kterou se snažíme řešit,“ dodal český chemik.
Před pěti lety začal jeho tým nejprve řešit odbourávání ve vodě rozpustných polymerů nanoroboty. Založené byly na oxidu železa a k ní přidali vrstvičku platiny. Když na ně posvítí světlo, mikrorobot se hýbe, vytváří určité radikály a vlastně „stříhá“ polymer.
„Teď máme nanoplasty velikosti desítek nanometrů, které jsou velice těžko rozeznatelné a dokážou procházet membránou buněk. Vytvořili jsme tedy mikrorobota, který má tvar připomínající velrybí tlamu, a jak pluje, tak stejně jako velryba skrze své kostice zachycuje kril, mikrorobot zachytává nanoplasty. My je pak na konci můžeme jednoduše skrze magnet přitáhnout a odstranit i s těmi mikroplasty,“ objasnil vědec.
Martin Pumera stojí rovněž za aplikací zachytávání hormonů v odpadních vodách, které se velmi složitě odstraňují.
„Tady použijeme specificky modifikovaného robota, který se opět pohybuje v roztoku. Na jeho povrchu se estradiol sráží a udělá takovou pavučinu. A jelikož ten robot může mít uvnitř třeba niklový segment, jednoduše si ho magnetem přitáhneme a celou ,pavučinu‘ z hormonu estradiol odstraníme,“ řekl Martin Pumera.
Ačkoli má vědec pracovní nabídky z celého světa, odcházet z rodné země se mu v současnosti nechce. Vybudoval si svůj tým zhruba třiceti lidí, má svou laboratoř a začínat tak zase od začátku by mu nedávalo smysl. Dnes spolupracuje na výzkumu s mnoha českými i zahraničními univerzitami.
Ve spolupráci s fakultou elektrotechniky v Ostravě a dalšími vědci se podílí například na projektu pro Mezinárodní vesmírnou stanici.
Astronaut Aleš Svoboda na ní za dva roky poveze celkem třináct různých experimentů. A nanoroboti budou mezi nimi. Češi chtějí nanoroboty vzít na oběžnou dráhu Země jako vůbec první národ v historii. Astronaut Svoboda pak vyzkouší jejich efektivitu pro čištění povrchů od biofilmu.
Pro testování budou připraveny malé mikrocely naplněné vodou, v nichž budou společně nanoroboti a biofilm. Ty se pak umístí do zařízení s cívkami vytvářejícími řízené elektromagnetické pole, které umožní ovládání pohybu robotů.
„Biofilmy jsou obrovský problém jak v biomedicíně, tak v technologiích vody, rostou na trubkách, rostou na filtrech, ale i například na implantátech. Chceme zjistit, jak schopní budou nanoroboti odstraňovat biofilmy v kosmickém prostředí,“ uzavřel vědec.
Foto Martin Faltejsek
