Výzkum FEL ČVUT posouvá možnosti měření hladiny cukru v krvi a detekce nádorů

Práce s názvem Vhodný borem dopovaný grafenový substrát pro zesílení Ramanova signálu glukózy byla provedena týmem z katedry řídicí techniky Fakulty elektrotechnické České technické univerzity v Praze pod vedením dr. Antonia Cammaraty a prof. Tomáše Polcara. Výzkum využívá kvantově mechanické simulace k odhalení toho, jak koncentrace a distribuce atomů boru v grafenu ovlivňují zesílení Ramanova signálu molekul glukózy.

„Vyšší koncentrace boru v grafenu zvyšují citlivost měření a umožňují lepší detekci i velmi malého množství glukózy. Zároveň se ukázalo, že klíčová je také orientace molekuly vůči povrchu materiálu,“ shrnuje Jan Komeda, který práci realizoval v rámci své bakalářské práce na FEL ČVUT.

Výzkumník Dr. Antonio Cammarata z katedry řídicí techniky FEL ČVUT, který bakalářskou práci vedl, dodává: „Jan začínal prakticky od nuly, protože kvantově mechanické simulace a Ramanův rozptyl jsou témata, která se v bakalářském studiu běžně neprobírají. Postupně si osvojil pokročilé výpočetní metody a dokázal je aplikovat na aktuální problém v materiálovém inženýrství. Výsledek má vysokou vědeckou kvalitu a ukazuje, že i student bakalářského studia může dosáhnout úrovně mezinárodní publikace.“

Od bioinformatiky k materiálovým vědám

Jan Komeda absolvoval bakalářský program Lékařská elektronika a bioinformatika na Fakultě elektrotechnické Českého vysokého učení technického v Praze. „Původně mě zajímala kombinace medicíny a informatiky, ale během studia mne velmi zaujala fyzika a materiálové inženýrství,“ popisuje. Rozhodující byly kurzy dr. Cammaraty, jako například Fyzika pevných látek a Základy atomistických simulací, které Jana Komedu inspirovaly k výzkumu.

Po absolvování FEL ČVUT pokračuje Jan Komeda v magisterském studiu Computational Science and Engineering na Technické univerzitě v Mnichově (TUM), kde se zaměřuje na vývoj softwaru pro vědecké simulace. „Zajímá mě, jak takový software funguje zevnitř, nejen jak ho používat. V budoucnu bych se rád vrátil do České republiky a pokračoval ve svém výzkumu,“ říká.

Univerzitní výzkum s praktickým využitím

Cílem studie bylo navrhnout optimální materiál pro zesílení Ramanova signálu při detekci glukózy. Metoda SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) umožňuje analýzu chemických látek i ve velmi malých koncentracích, a proto může být použita pro neinvazivní měření hladiny cukru v krvi.

„Tento princip je přenositelný i na jiné molekuly, nejen na glukózu,“ vysvětluje dr. Cammarata. „Takový senzor by v budoucnu mohl pomoci nejen diabetikům, ale také například při detekci nádorových markerů nebo monitorování metabolitů v biologických vzorcích.“ Materiál – grafen dopovaný borem – má navíc výhodu nízkých nákladů, jednoduché výroby a vysoké stability, což z něj činí slibného kandidáta pro budoucí senzory pro použití v medicíně i průmyslu.

Nový studijní program: Návrh materiálů

Dr. Cammarata připravuje také návrh nového magisterského programu Návrh materiálů, který by na podobný výzkum přímo navazoval. Program má spojit výpočetní a experimentální přístupy k návrhu materiálů – od atomární úrovně až po praktické aplikace.

„Cílem je vychovat odborníky, kteří rozumějí jak simulacím, tak reálným měřením. Chceme vytvořit moderní program reagující na potřeby průmyslu i výzkumu. Na rozdíl od klasických studijních programů materiálových věd se zaměříme na praktické aspekty návrhu nových materiálů s cílovými funkcemi,“ vysvětluje Cammarata.

Práce Bc. Jana Komedy dokazuje, že Fakulta elektrotechnická ČVUT poskytuje svým studentům výjimečné příležitosti k zapojení se do výzkumu – od přístupu k moderním výpočetním nástrojům a kapacitám až po vedení, které je podporuje v jejich nezávislém profesním růstu.