Výsledky soutěže o nejlepší práci mladých autorů v oboru spektroskopie 2025 - 3. místo v Kategorii A

Soutěž o nejlepší práci mladých autorů v oboru spektroskopie byla i letos nedílnou součástí lednového zasedání Hlavního výboru Spektroskopické společnosti. Letošní ročník hostila tradičně Univerzita Pardubice a do soutěže bylo přihlášeno dvacet soutěžících, z toho sedm v kategorii A a třináct v kategorii B. Počet přihlášených prací tak znovu potvrdil, že tato soutěž zůstává pro mladé autory atraktivní a stabilně vyhledávanou příležitostí k odborné prezentaci. 

Nad průběhem soutěže dohlížela čestná předsedkyně doc. Ing. Anna Krejčová, Ph.D. Samotný program pak dobře ukázal šíři současného spektroskopického výzkumu, přičemž jednotlivé směry a metody byly zastoupeny poměrně vyrovnaně. Soutěžní blok navíc nepředstavoval pouze přehled jednotlivých výsledků, ale poskytl i přehled o rozmanitosti metodických přístupů a aplikací současné spektroskopie.

V kategorii A, zaměřené na diplomové práce, porota udělila první místo Ing. Janě Knytlové z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze za práci na téma „Ambientní hmotnostní spektrometrie pro analýzu selektivních modulátorů androgenního receptoru“. Druhé místo získal Filip Jozefov z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR za práci „Predikce molekul z vícestupňové hmotnostní spektrometrie pomocí grafových neuronových sítí a AI modelu DreaMS“ a třetí místo pak Mgr. Lucie Březinová z Ústavu analytické chemie AV ČR za práci „Začlenění stříbrných nanostruktur do kapilárního prostředí pro detekci povrchem zesílenou Ramanovu spektrometrii“.

V kategorii B publikovaných prací obsadil první místo Dr. rer. nat. Marius Constantin Chirita Mihaila z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze za práci „Light-based Aberration Correction in Electron Optics for Advanced Spectroscopic Applications“. Na druhém místě se umístila Mgr. Markéta Bosáková, Ph.D. z Ústavu chemie Masarykovy univerzity za práci „Acoustic spectroscopy of laser-induced plasma“ a třetí místo obsadil Mgr. et Mgr. Vít Pavelka, Ph.D. z Ústavu analytické chemie AV ČR za práci „Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie snadno a spolehlivě“.

Soutěž opět potvrdila svou roli důležité platformy pro prezentaci kvalitních prací mladých autorů a pro odbornou diskusi napříč spektroskopickými obory. Poděkování patří všem soutěžícím za předložené práce, hodnotitelům za pečlivé posouzení příspěvků a oceněným autorům náleží blahopřání k dosaženým výsledkům.

Kategorie A - 3. místo

Začlenění stříbrných nanostruktur do kapilárního prostředí pro detekci povrchem zesílenou Ramanovou spektrometrií

• Mgr. Lucie Březinová (Ústav analytické chemie AV ČR, v. v. i., Oddělení bioanalytické instrumentace, pracoviště Brno)
  E-mail: [email protected]

Povrchem zesílená Ramanova spektrometrie (SERS) představuje citlivou vibrační metodu umožňující detekci stopových koncentrací analytů. Její princip spočívá ve výrazném zesílení Ramanova rozptylu v blízkosti kovových nanostruktur, nejčastěji stříbra či zlata, na jejichž povrchu vznikají lokalizované povrchové plasmony. Ačkoliv byly publikovány práce, v nichž se pomocí SERS podařilo detekovat i jednotlivé molekuly, praktické využití této metody je nadále limitováno časově náročnou přípravou vzorků a složitou interpretací často velmi komplexních spekter. Tyto faktory snižují reprodukovatelnost a omezují možnosti automatizace měření. Řešením může být integrace SERS do mikrofluidních systémů, které by umožnily automatické smíchání vzorku se SERS substrátem a následnou detekci přímo v toku. Cílem této práce bylo vyvinout modelový mikrofluidický systém, v němž jsou stříbrné nanostruktury imobilizovány na mikročásticích ovlivnitelných akustickými silami, a následně ověřit jejich použitelnost pro průtokovou SERS detekci. 

Stříbrné nanostruktury byly na povrch polystyrenových mikročástic imobilizovány chemickou redukcí dusičnanu stříbrného hydroxylaminem hydrochloridem v alkalickém prostředí. Optimalizovány byly parametry syntézy – koncentrace prekurzoru, pH reakční směsi, poměr částic a rychlost přídavku reagencií – tak, aby bylo dosaženo homogenního pokrytí a vysoké stability výsledných kompozitních částic. Morfologie a povrchová struktura byly charakterizovány pomocí skenovací elektronovou mikroskopií (SEM), která potvrdila vznik vrstvy nanostruktur o velikosti přibližně 30–80 nm. 

Lucie Březinová: Obr.1. SEM snímek polystyrenové kuličky pokryté stříbrnými nanočásticemi

Následně byly částice zavedeny do kapilárního prostředí, kde byl sledován jejich pohyb v toku. U použité kapiláry byl připojen piezoelektrický krystal, který generoval stojaté ultrazvukové vlny umožňující manipulaci s částicemi pomocí akustické radiační síly. Tímto způsobem bylo dosaženo jejich fokusace do tlakových uzlů a lokálního zakoncentrování v detekční oblasti, což umožnilo stabilní měření SERS signálu i v průtokovém režimu. 

Značná část práce se také zabývá přípravou skleněných mikrofluidických čipů. Ty byly připraveny fotolitografickou metodou na skleněných sklíčkách s naprášenými vrstvami chromu a zlata, na které se nanesl fotorezist. Díky osvětlení světlocitlivé vrstvy připraveného designu laserem byla vytvořena maska, která chránila části čipu před leptadlem. Po leptání a odstranění masky byly skleněné vrstvy tepelně spojeny, čímž vznikl uzavřený čip. 

Lucie Březinová: Obr.2. Finální podoba připraveného mikrofluidického čipu

Mikrofluidický čip byl navržen pro jednoduché míchání roztoku vzorku s připravenými postříbřenými polystyrenovými kuličkami. Ty byly do čipu vpravovány a sledovány při průtoku, přičemž byly optimalizovány průtokové rychlosti. Následně byl také na mikrofluidický čip nalepen piezoelektrický krystal, pomocí něhož byla použita akustofluidická manipulace k fokusaci kuliček do jednoho toku. 

Lucie Březinová: Obr.3. Fotografie toku kuliček bez a s použitím ultrazvukových vln

Pro ověření funkčnosti systému byla provedena SERS detekce malachitové zeleně jako modelového barviva. Spektra byla zaznamenávána na Ramanově spektrometru s excitační vlnovou délkou 532 nm. Získaná SERS spektra vykazovala charakteristické vibrační pásy malachitové zeleně při 1180, 1374 a 1622 cm⁻¹ a prokázala výrazné zesílení intenzity signálu oproti měření bez připravených substrátů. 

Výsledky této práce představují první experimentální krok k vývoji průtokové kyvety se SERS detekcí. Navržený koncept propojuje vysokou citlivost SERS s precizní kontrolou toku substrátu v mikrofluidických systémech. Takto vytvořená platforma může být v budoucnu integrována se separačními metodami, čímž by vznikl komplexní analytický systém umožňující citlivou, selektivní a plně automatizovanou detekci látek v reálném čase.