Operační program Výzkum a vývoj pro inovace prioritní osa 2 Regionální VaV centra

Operační program Výzkum a vývoj pro inovace prioritní osa 2 – Regionální VaV centra

Hlavní cíle projektu ekonomická udržitelnost Centra s významným podílem financování z neveřejných zdrojů  Trvalá

 Transfer výsledků aplikovaného výzkumu do průmyslové a technologické praxe  Vybudování Centra s unikátní přístrojovou infrastrukturou  Výchova studentů s možností uplatnění ve vědeckých skupinách Centra stejně jako v aplikační sféře  Zvýšení konkurenceschopnosti Centra (UP) na mezinárodním vědeckém trhu a zvýšení konkurenceschopnosti regionu (ČR)

Dotace: 545 mil. Kč Start up – 111 mil. Kč  dotace na vybudování realizační týmu Centra a

podporu nových VaV pracovníků zejména na pozicích Junior researcher Vybudování infrastruktury Centra – 434 mil. Kč  nová budova RCPTM + nové přístrojové vybavení Cryo HRTEM

Areál UP – Holice Nová budova RCPTM

PPMS

Organizační struktura Klíčové osoby Centra

Doc. R. Zbořil - ředitel

Doc. L. Machala

Prof. Z. Trávníček

Doc. L. Kvítek

Doc. O. Haderka - VŘ

Doc. M. Otyepka

Prof. M. Hrabovský

Prof. K. Lemr

Operační program Výzkum a vývoj pro inovace prioritní osa 2 – Regionální VaV centra

VP „Oxidy kovů“, vedoucí: Doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.

Nanokrystalické oxidy přechodných kovů v environmentálních, medicínských, katalytických a optických aplikacích

Klíčové výzkumné aktivity:

 magnetické nanočástice pro biomedicínské aplikace

(kontrastní látky pro MRI, nosiče pro cílený transport léčiv)  železany alkalických kovů v technologiích čištění vod  nanomateriály v heterogenní katalýze a fotokatalýze

 magnetické značení a separace buněk v medicíně University of Tokyo, University of Padova, NCSR Demokritos Athens, Bar-Ilan University

University of Ioannina, Florida Institute of Technology, NASA, EPFL Lausanne

VP „Oxidy kovů“, vedoucí: Doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.

Nanočástice -Fe2O3 v heterogenní katalýze a fotokatalýze Teplotní dekompozice prekurzor FeC2O4

Nanočástice hematitu jako doposud nejúčinnější katalyzátor rozkladu peroxidu vodíku M. Heřmánek, R. Zbořil et al. J. Am. Chem. Soc. 129, 10936, 2007.

„spin coating“ FeCl3 prekurzor

Nanokrystalické filmy hematitu dopované Sn jako vysoce účinné fotoelektrody pro přímé solární štěpení vody K. Sivula, R. Zbořil et al. J. Am. Chem. Soc. 132, 7436, 2010.

VP „Oxidy kovů“, vedoucí: Doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D. Nové perorální kontrastní činidlo na bázi bentonit/-Fe2O3 pro MRI diagnostiku dutiny břišní (FN Olomouc, FN Banská Bystrica, Medihope, s.r.o.) -Fe2O3

Úspěšné klinické testy 100 pacientů s onemocněními tenkého střeva, pankreatu a žlučových cest M. Mašláň et al: Patent č. 300445, 2009.

K. Kluchová et al. Biomaterials 30, 2855, 2009.

VP „Oxidy kovů“, vedoucí: Doc. RNDr. Libor Machala, Ph.D.

 biogenní magnetické nanočástice z magnetotaktických bakterií pro imobilizaci, detekci a separaci biosubstancí (proteomika, kapilární elektroforéza)  železany alkalických kovů pro odbourání bojových chemických látek (NATO grant s partnery z Florida Institute of Technology, CBP.EAP.CLG983119)  magneticky asistovaná hemodialýza (GML Health Care, s.r.o.)

nanočástice magnetitu z MTB bakterií funkcionalizované chitosanem - vysoce účinné pro imobilizaci a zvýšení termostability trypsinu  aplikace v proteomice

VP „Uhlík a biomakromolekuly“, ved.: Doc. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D.

Uhlíkové nanostruktury, biomakromolekuly a hybridní systémy – syntéza, modelování interakcí a aplikace Klíčové výzkumné aktivity:

 Uhlíkové nanotrubičky a jejich aplikace  Kvantové tečky na bázi uhlíku

 Grafen a jeho deriváty  Funkcionalizace uhlíkových nanostruktur  Biomolekulární katalýza

 Vývoj metod pro studium biomakromolekul a jejich interakcí s nanostrukturami

NCSR Demokritos Athens, POSTECH Korea, University of Michigan, CNRS Toulouse

University of Ioannina, University of Barcelona, Imperial College of London

VP „Uhlík a biomakromolekuly“, ved.: Doc. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D. Superhydrofobní uhlíkové nanotrubičky pro aplikace v textilním průmyslu (Textilní zkušební ústav Brno)

perfluoroalkylsilan

Nové metody přípravy grafenu chemickou exfoliací grafitu, funkcionalizace grafenu

0.6 nm 6 m V. Georgakilas, A. Bourlinos, R. Zbořil et al. Chem. Mater. 20, 2884, 2008.

V. Georgakilas, A.B. Bourlinos, R. Zbořil, Chem. Commun., 46, 1766, 2010.

VP „Uhlík a biomakromolekuly“, ved.: Doc. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D. Studium struktury a dynamiky biomolekul, biomolekulární katalýza – inhibice zhoubného bujení, „drug design“, metabolismus léčiv, funkční fragmenty nanostrojů

Riley, Pitonak, Jurečka, Hobza, Chem. Rev. 110, 5023, 2010.

Ditzler, Otyepka et al. Acc. Chem. Res. 43, 40, 2010. Pavlova (Otyepka) et al. Nature Chem. Biol. 5, 727, 2009.

VP „Uhlík a biomakromolekuly“, ved.: Doc. RNDr. Michal Otyepka, Ph.D.

 návrh a syntéza nových uhlíkových nanostruktur  nanodiamanty a jejich funkcionalizace  uhlíkové nanolisty s obrovskou sorpční kapacitou a jejich modifikace nanokovy  sorbenty, čištění vod

 interakce grafenu s biomakromolekulami „grafen fluorid (CF)“ TEM

SEM

DNA SEM

AFM

grafen

VP „Komplexy“, vedoucí: Prof. RNDr. Zdeněk Trávníček, Ph.D.

Biologicky aktivní sloučeniny a molekulární magnety na bázi komplexů přechodných kovů v interakci s nanokrystalickými magnetickými nosiči Klíčové výzkumné aktivity:  biologicky aktivní komplexní sloučeniny přechodných kovů aplikovatelné při léčbě např. nádorových onemocnění či diabetes  molekulové magnety na bázi komplexů přechodných kovů aplikovatelné jako záznamová média s vysokou hustotou záznamu  hybridních molekulárně-krystalické nanostruktury pro magnetické aplikace (sensory) a cílený transport léčiv  in vitro a in vivo testování širokého spektra biologických aktivit připravených komplexů a jejich hybridních fází

VP „Komplexy“, vedoucí: Prof. RNDr. Zdeněk Trávníček, Ph.D. Komplexy přechodných kovů vykazující výrazně vyšší protinádorovou aktivitu ve srovnání s komerčními preparáty [Pt(ox)(L)2] komplex vykazující vyšší in vitro protinádorovou aktivitu než klinicky užívaná cisplatina.

A2780 karcinom vaječníku A2780cis karcinom vaječníku rezistentnímu vůči cisplatině G361 maligní melanom MCF-7 prsní adenokarcinom HOS osteosarkom HeLa karcinom děložního čípku P. Štarha, Z. Trávníček, I. Popa, patentová přihláška vynálezu PCT/CZ 2009/000135

L. Dvořák, Z. Trávníček, I. Popa, patentová přihláška vynálezu PCT/CZ 2010/000098

VP „Komplexy“, vedoucí: Prof. RNDr. Zdeněk Trávníček, Ph.D. Komplexy železa vykazující křížení spinových stavů „spin crossover“ indukované změnou teploty

Ukázka termochromismu spojeného s křížením spinových stavů  magneto-optické senzory 2K

300K

I. Nemec et al., Monats. Chem, 140, 815, 2009.

R. Herchel et al., Dalton Trans, 9870, 2009.

VP „Komplexy“, vedoucí: Prof. RNDr. Zdeněk Trávníček, Ph.D.

 komplexy přechodných kovů se širokým spektrem biologických aktivit  metamagnety a komplexy s „nestandardními“ magnetickými vlastnostmi (řízení magnetického režimu změnou vnějšího magnetického pole)  přípravu hybridních systémů nanočásticekomplex - magnetické přepínače, cílený transport komplexních léčiv ‫׀‬ ‫׀‬ - Np - - Np ‫׀‬ Np

‫׀‬

‫׀‬

-Fe2O3

‫׀‬

+ + + - Np + ‫׀‬ + ‫׀‬ ‫ ׀‬+ komplex + ‫׀‬ - Np - + - Np + + ‫׀‬ ‫׀‬ ‫ ׀‬+ + ‫׀‬ - Np -

- Np -

‫׀‬

‫׀‬

B

nová generace magnetických nosičů léčiv

VP „Kovy“, vedoucí: Doc. RNDr. Libor Kvítek, Ph.D. Pokročilé materiály na bázi nanočástic kovů a hydridů kovů s mimořádnými redukčními, antibakteriálními, sorpčními a katalytickými vlastnostmi Klíčové výzkumné aktivity:

 Nanočástice železa v technologiích čištění vod  Vývoj metod stabilizace nanočástic Fe  Nanočástice stříbra pro antibakteriální aplikace  Imobilizace nanočástic Ag na pevných substrátech  Nanočástice kovů v katalytických a magnetických aplikacích NCSR Demokritos Athens, ÚFM AV ČR Brno, Florida Institute of Technology

University of Ioannina, University of Patras, Cornell University, TU Liberec

VP „Kovy“, vedoucí: Doc. RNDr. Libor Kvítek, Ph.D. Zavedení technologie velkokapacitní výroby nanočástic nulmocného Fe a jejich reálná aplikace v sanacích podzemních, odpadních i pitných vod vod (Nano Iron, s.r.o., LAC, s.r.o., Aquatest, a.s., Geotest, a.s., H+A Eco CZ, s.r.o) Úspěšná aplikace při sanaci podzemních vod na sedmi lokalitách v ČR.

FeO -Fe 20 nm

Pilotní instalace reaktoru na odstranění As a těžkých kovů - 2010 (Maďarsko).

J. Filip, R. Zbořil et al. EST 41, 4367 (2007). R. Zbořil et al.: Patent No: WO 2008/125068 A2.

Vysoká účinnost odstranění As, Se, těžkých kovů, U, chlorovaných uhlovodíků, herbicidů, PO4

VP „Kovy“, vedoucí: Doc. RNDr. Libor Kvítek, Ph.D. Řízená příprava a stabilizace nanočástic stříbra a jejich imobilizace na pevných substrátech pro antibakteriální a antifungální aplikace nano Ag na polymerním substrátu  pevná antibakteriální činidla – náhrada antibiotik?

Výrazně vyšší aktivita nanočástic Ag ve srovnání s komerčními antifungálními preparáty L. Kvítek et al. J. Phys. Chem. C 112 (2008) 5825. A. Panáček et al. J. Phys. Chem. B 110 (2006) 16248.

P. Dallas, R. Zbořil et al., Macromol. Mater. Eng., 295, 108, 2010

VP „Kovy“, vedoucí: Doc. RNDr. Libor Kvítek, Ph.D.

nanočástice Fe  multifunkční zbraň v boji se sinicemi

 antibakteriální úprava textilií,

filtrů, chirurgických nití…

Původní buňky sinic v přirozeném prostředí

Destrukce buněk sinic po aplikaci nanoFe

vlákno filtrační textilie modifikované nanoAg R. Zbořil, M. Mašláň, B. Maršálek, patentová přihláška vynálezu PV-2010/612

VP „Analytika“, vedoucí: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Nanometrické systémy a nanotechnologie v nových analytických přístupech Klíčové výzkumné aktivity:  vývoj nových analytických zařízení a nanoinstrumentace  metody pro rozpoznání optických izomerů  analýza buněk, zkoumání povrchů biologických tkání  identifikace a stanovení léčiv, metabolitů, antioxidantů  analýza potravin  stanovení toxických kovů v biologických materiálech

The University of Texas at Arlington, USA Politecnico di Milano, Itálie

University of Vienna, Rakousko Univerzita Komenského, Slovensko

VP „Analytika“, vedoucí: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D. Vývoj desorpčního nanoelektrospreje pro hmotnostní spektrometrii  rychlá analýza léčiv v krvi a moči, rychlá analýza potravin cyanidin3-sambubioside 100 µm 1 µm

cyanidin3-sambubioside-5-glucoside

extrakt bezinek

modrý portugal Desorpční nanoelektrosprej Analýza kvality vína

přibarvené víno

V. Ranc et al. European J. Mass Spectrom. 14, 411, 2008.

L. Hartmanová et al. J. Chromatogr. A 1217, 4223, 2010.

VP „Analytika“, vedoucí: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D. Vývoj nových elektromigračních metod – on-line prekoncentrace  stanovení látek s nízkou koncentrací pro aplikace např. v potravinářství („safety food“) Při dlouhých dobách prekoncentrace není ztracena separační účinnost. k. benzoová Stanovení kyseliny benzoové ve slunečnicovém oleji

V. Maier et al. Electrophoresis 28, 1815, 2007.

J. Horáková et al. Electrophoresis 28, 1540, 2007.

VP „Analytika“, vedoucí: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

 využití nanočástic a nanomateriálů v analytických technikách (nanoseparační lože, vliv nanočástic na interakci záření s analytem) – vyšší efektivita, rychlejší aplikace  vývoj nových analytických zařízení (iontové zdroje, separační systémy, citlivé detekční systémy, Mössbauerovy spektrometry) Mössbauerovský spektrometr konverzních elektronů

Transmisní mössbauerovský spektrometr

Instalace např. na univerzitách Derby, Lund, Johannesburg, Tokio

VP „Optika“, vedoucí: Prof. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc.

Pokročilé optické a fotonické technologie Klíčové výzkumné aktivity:  optické technologie pro zobrazovací i nezobrazovací aplikace ve vědě i v průmyslu  kontrolní a měřící metody pro nové optické technologie  technologie výroby a metody charakterizace optických a mechanických vlastností mikro/nano vrstev a povrchů  konstrukce a charakterizace nových zdrojů a detektorů fotonů

Pierre Auger Observatory, CERN, Meopta – Optika, s.r.o., Laser-Tech s.r.o., Indel s.r.o.

Institut de Ciències Fotòniques (Barcelona), Università degli Studi dell'Insubria (Como)

VP „Optika“, vedoucí: Prof. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc. Komponenty pro Observatoř Pierra Augera (Malargue, Argentina) Observatoř navržena pro detekci primárních částic s energiemi nad 1017 eV

24 fluorescenčních teleskopů 1600 pozemních detektorů (cca 3000 km2)

segmentová zrcadla pro fluorescenční teleskopy

analýza vlastností dalších optických komponent The Pierre Auger Collaboration, Science 318 (2007) 938-943.

The Pierre Auger Collaboration, Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 061101.

VP „Optika“, vedoucí: Prof. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc. Detekce fotopulzní statistiky a prostorových korelací v optických polích

Design nových materiálů pro generaci korelovaných párů fotonů

Vlastnosti fotonových párů (včetně kvantové provázanosti) lze ladit na míru změnami geometrie struktury. 70

80

90

n I

100

110

S

60

n

50

50 60 70 80 90 100 110 120 120

Přímá detekce neklasických vlastností optických polí. M. Hamar, J. Peřina Jr., O. Haderka, V. Michálek, Phys. Rev. A 81 (2010), 043827.

Návrh perspektivních zdrojů fotonů. Předpověď nového jevu. J. Peřina Jr.; A. Lukš; O. Haderka; M. Scalora: Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 063902.

VP „Optika“, vedoucí: Prof. RNDr. Miroslav Hrabovský, DrSc.

 optické komponenty pro další velké mezinárodní spolupráce (Pierre Auger Observatory North, CERN)  unikátní optické komponenty nezobrazovacích optických soustav s extrémně nízkým rozptylem v UV-VIS oblasti pro detektory slabých fotonových polí

 vývoj sférických i asférických nestandardních optických komponent a tenkých vrstev extrémních parametrů (rozměry, drsnost povrchu v nm)  vývoj nových zdrojů a detektorů jednotlivých fotonů  analýza optických vlastností nanomateriálů

Přístrojové vybavení RCPTM Mikroskopické techniky Transmisní elektronová m. (TEM) Skenující elektronová m. (SEM) M. skenující sondou (AFM, MFM, STM) CryoHRTEM Konfokální laserový skenující m. (CLSM) Optická mikroskopie

Studium materiálů v magnetických polích

SQUID magnetometr Möss. spektroskopie v mag. poli NMR PPMS

Spektroskopické techniky Hmotnostní spektrometrie Mössbauerova spektrometrie CEMS Atomová absorpční s. (AAS) IČ a Ramanova s. Standardní absorpce & emise Časově-rozlišená s. Časově-korelované čítání fotonů Fotonová statistika

Přístrojové vybavení RCPTM Metody studia povrchů, vrstev a velikosti částic Dynamický rozptyl světla (DLS) Měření plochy povrchu (BET) Analýza povrchů metodou kontaktního úhlu Nanoindentace Profilometrie Broušení a leštění optických povrchů Sférointerferometrie Speklová inteferometrie Interferometrie v bílém světle Rozptylometrie Vakuové napařování Depozice z plazmatu

Rentgenové techniky Monokrystalová rtg-difrakce Prášková rtg-difrakce Rtg - fluorescence

Analytická chemie Kapilární elektroforéza Plynová chromatografie Kapalinová chromatografie Metody termické analýzy – TG/DSC/EGA Elektronová mikrosonda

Výpočetní techniky 144-procesorový klastr 256-procesorový klastr 2048+512-jádrový klastr

Neveřejné zdroje, formy spolupráce s aplikační sférou

 Společné projekty (MPO, TAČR)  Kontrahovaný výzkum  Zdroje spojené s činností spin-off firem  Příjmy z prodeje licencí  Servisní práce pro klienty z průmyslové a podnikatelské sféry

Monitorovací indikátory

V roce 2015:  cca 40 nových pracovních míst – finální stav >100 VaV v Centru

 2786 m2 nových kapacit  publikace: > 426 publikací  patenty: ≥ 8  spin-off firmy: ≥ 2  objem smluvního výzkumu: > 51 mil. Kč  cca 70 Mgr. absolventů  cca 20 Ph.D. absolventů

Co Centrum přinese…  RCPTM je třetím centrem na UP v rámci OP VaVpI  UP se tak stává výzkumně orientovanou univerzitou s velkým potenciálem realizace transferu technologií  Centrum přispěje ke snížení nezaměstnanosti

 Zvýšení konkurenceschopnosti regionu  Zvýšení motivace pro uchazeče o studium i partnery z aplikační sféry

Operační program Výzkum a vývoj pro inovace prioritní osa 2 – Regionální VaV centra