TECHNOLOGIE LIBS NA MARSU I V BRNĚ

Vydáno 15.6.2021

Rozhovor s doc. Pavlem Pořízkou, Ph.D., vedoucím výzkumného týmu zabývajícího se laserovou spektroskopií, nejen o jejím využití, ale i o vlastním start-upu Lightigo. Úspěchy brněnských vědců s technologií LIBS tak zasahují do širokého spektra odvětví.

 

svet prumyslu Interdisciplinární výzkum a vývoj kombinuje inženýrství, fyziku plazmatu, analytickou chemii, statistiku i například biologii. Jak je vůbec možné a náročné tohle vystudovat?
Nebo máte rozdělené týmy s určitým zaměřením?

Poslední dobou se výzkumník bez této kombinace už neobejde. Základní prolnutí mezi fyzikou a inženýrstvím už mám ze studií (Fakulta strojního inženýrství, konkrétně Ústav fyzikálního inženýrství – pozn. red.). Ale například obor biologie je zajímavý i pro nás, jakožto princip CEITECu. Tedy propojit technologii jako neživou vědu s biologií na straně druhé, což demonstruje vhodnost spojení VUT, Masarykovy univerzity a dalších univerzit v rámci Brna a celého regionu. Do týmu a jednotlivých projektů tak zapojujeme samotné biology, chemiky, informatiky a další. Celkově se posouváme už jen díky interdisciplinární spolupráci.

Pro nás bylo důležité přesvědčit biology ke spolupráci, aby pochopili, že naše technologie jim může pomoci. To se nám povedlo a díky tomu jsme už ve stavu, kdy si nás i vyhledávají sami. Potřebujeme ale především otevírat diskuzi, jak připravovat vzorky, jak zpracovat data a jak je interpretovat. Protože samotný proces je dosti složitý, zdlouhavý a ovlivněný mnoha parametry. Pro mě je pak zajímavé mít aplikace biologické i průmyslové.

 

Na vašem webu máte hezky zpracovaný obraz toho, jak technologie LIBS funguje.
Mohl byste nám ji ve zkratce přiblížit?

Obecně pracujeme s technologií spektroskopie laserem buzeného plazmatu (z angl. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS). Tedy, máme zde zdroj laserového záření vytvářející krátké pulsy. Ty přivedeme na povrch vzorku a zaostříme do úzkého bodu. Díky tomu se materiál v daném bodu začne tavit, odpaří se a vznikne mikroplazma. Plazma je takový plamínek, který má vysokou teplotu a září do všech směrů. Každý zahřátý prvek excituje a vyzařuje na charakteristických vlnových délkách a má tedy svoje charakteristické spektrum. Spektrum záření plazmatu poté kvalitativně analyzujeme a tím zjistíme, co za prvky obsahuje. Analytický systém jsme schopni kalibrovat a uvést množství jednotlivých prvků v daném vzorku. S technologií jsme schopni pracovat i na dálku, zaměřit ho dálkovým systémem a taktéž sbírat data. Můžeme vytvořit systém, který vytáhneme z laboratoře, jedná se vždy o unikátní řešení aplikovatelná v průmyslu nebo meziplanetárním výzkumu – vozítko Curiosity a Perseverance na planetě Mars obsahují mimo jiné technologii LIBS.

Můžete nám představit jeho výhody a využití především v průmyslu?

Předně by mělo zaznít, že my nechceme nahradit ostatní metody analytické chemie. Naopak chceme doplnit portfolio těchto metod, tím rozšířit analytické možnosti v jednotlivých aplikacích a získat co nejúplnější informaci o studovaném vzorku. Velkou výhodou metody LIBS je rychlost analýzy – vzorek není potřeba speciálně připravovat nebo ho rozkládat v kyselině. Dalšími výhodami jsou robustnost a jednoduchost použité instrumentace, což nahrává jejímu využití v průmyslových aplikacích.

Momentálně pracujeme na projektech v oboru slévárenství a také plastikářském průmyslu; systém se snažíme vylepšit, zoptimalizovat, zjednodušit a zlevnit, ale ponechat mu analytický výkon. Obecně je hodně rozšířené využití metody LIBS v těžebním průmyslu a automotive. To jsou oblasti, kterým se věnujeme na CEITEC a FSI VUT a v našem start-upu Lightigo.

V jednotlivých oblastech hledáme partnery pro další vývoj a optimalizaci metody, bez toho se neobejdeme. Dlouhodobá spolupráce s Plastikářským klastrem, z.s. je ideálním příkladem, jak získat požadované informace a efektivně oslovit velké množství zákazníků, členů klastru. Každá aplikace však má svá specifika a jednotlivé LIBS systémy se od sebe hodně liší. Princip metody však zůstává stejný, na začátku je laserový pulz a na konci charakteristické spektrum.

Jaké jsou další verze LIBS? 

Existují i přenosné, ruční LIBS systémy, které získávají na oblibě v třídění odpadu a dále systémy namontované nad výrobní linkou. Například v Německu využívají LIBS při recyklaci kondenzátorů v telefonech, která v nich vyhledává obsažený tantal (vzácný, vysoce korozivzdorný kov – pozn. red.). Využití metody LIBS tak najde své uplatnění i v nečekaných aplikacích, s ohledem na zajímavý poměr ceny za samotný systém vůči jeho analytickému výkonu. Tento proces je však nutné optimalizovat, tomu se věnujeme při diskuzi s potenciálními zákazníky a byl to také výstup našeho úspěšného projektu, který kofinancovalo Jihomoravské inovační centrum.

V neposlední řadě je to již zmíněný LIBS systém na Marsu, tedy vozítko Perseverance obsahující SuperCam (LIBS doplněný o další spektroskopické technologie a pro komunitu LIBS je to taková vlajková loď) a ChemCam na starším vozítku Curiosity.

Tedy stejnou metodu LIBS využívá i vozítko Perseverance, který nedávno (18. února) přistál na Marsu. Jakým způsobem tam umožňuje sbírat data?

Princip technologie je úplně stejný, jako ho používáme my. V naší laboratoři zaostřujeme laserový svazek mezi jedním až pěti centimetry, ale máme tu i systémy měřící na vzdálenost až pětadvacet metrů. A to samé využívá SuperChem jako součást vozítka Perseverance, které umožňuje analýzu ve vzdálenosti až devět metrů. Optická část SuperCam využívá unikátních zrcadel a dalších optických členů, které navedou laserový svazek na vzorek a následně posbírají charakteristické záření.

Vozítko je ovládáno ze Země, ale měří povrch Marsu, jeho geologické složení. Naměřená data systém LIBS SuperCam pošle jako soubor spekter na Zemi a datoví analytici ho už poté zpracovávají. Jeden z mých dlouhodobých cílů je právě dostat se až k tomuto týmu vědců, některé LIBS laboratoře pracující s NASA na SuperCam známe a navazujeme s nimi spolupráci.

svet prumyslu

Je možné metodu LIBS využít ve zdravotnictví a klinickém výzkumu?

Jedna z LIBS laboratoří ve Francii má už poměrně dobré klinické výsledky, což je pro nás inspirace a chceme se vydat podobnou cestou. Navázali jsme spolupráci s MUDr. Kateřinou Kiss z Fakultní nemocnice v Hradci Králové a nedávno jsme ukončili menší společný projekt. Spojili jsme se při jejím výzkumu v oblasti rakoviny kůže. Pro nás je to zajímavé i z hlediska přístupu ke klinickým vzorkům různých pacientů. K tomu je však dlouhá cesta, nutná etická studie, atd. Mezitím jsme také navázali spolupráci s docentkou Marcelou Buchtovou z brněnské Akademie věd, která nám dodává myší orgány. To celé vyústilo ve dva poměrně čerstvé vědecké články v impaktovaných časopisech a my chceme pokračovat dále.

Pomocí laserového záření dokážete odhalit změny ve složení tkáně a vyvíjet tak rozpoznání rakoviny kůže. Jaké máte výsledky?

Tohle je jedna z nejsložitějších aplikací, jaké máme. Analýza měkkých tkání pomocí metody LIBS je složitá, komplexní a netriviální, tudíž s výsledky jsme téměř na začátku. Svým způsobem už máme zoptimalizovanou sestavu a nyní potřebujeme provést měření na biologických vzorcích, zde pracujeme s myšími orgány, které jsou snáze dostupné a můžeme je libovolně ničit analýzou LIBS.

Máme možnost použít i lidské vzorky v rámci etické komise s Fakultní nemocnicí. Pro nás to znamená vyzkoušet, jak tu technologie vůbec funguje a jak můžeme pomoci. Nějaké nápady o využitelnosti už vykazujeme, ovšem prvkové složení se mění dle ohledu, jestli je tkáň zdravá nebo nemocná. A my potřebujeme potvrdit schopnost naší technologie k definování změny chemického složení, která je hodně malá. Tomuto vysoce citlivému systému musíme věnovat dostatek času, než budeme mít jistotu posunout ho dále.

Teď bych se ráda dostala k vašemu vlastnímu start-upu Lightigo, na kterém pracujete společně s Markem Rozehnalem. Můžete nám tento projekt přiblížit?

Jedná se o další z aktivit skupiny Laserové spektroskopie (LIBS laboratoře) na CEITEC VUT, kde se část týmu věnuje vývoji LIBS instrumentace. V současnosti vyvíjí náš tým o cca deseti lidech kompletní řešení od mechaniky, optiky, elektra až po software. Trendem posledních let je zintenzivnit transfer technologie, tedy vytáhnout technologii z vědecké půdy v konkrétním řešení a aplikaci a komercializovat ji. Proto jsme ve spolupráci s odborem Transferu Technologie na VUT vytvořili start-up Lightigo.

Začali jsme v roce 2019, rok na to jsme vyvinuli přístroj FireFly a dokončili jsme úspěšně jeden projekt kofinancovaný Jihomoravským inovačním centrem. Letos jsme začali s dalšími třemi projekty, které nám umožňují vyvíjet různé adaptace systému LIBS nebo jeho dílčí moduly a tím významně financovat rozvoj společnosti Lightigo. To je obrovský úspěch, na kterém chceme dále stavět.

Na transfer technologií se momentálně zaměřuje velký počet subjektů, pro nás to znamená možnost rozšířit záběr a věnovat se vývoji metody LIBS a jejímu využití v průmyslu. Chceme upravit přístroj FireFly, zoptimalizovat poměr cena a výkon, a ve spolupráci s Plastikářským klastrem ho zatraktivnit pro české i zahraniční firmy.

svet prumyslu

Jaké úspěchy v současnosti vnímáte, na co jste pyšní?

Existuje několik LIBS laboratoří a skupin po celém světě, které jsou na vynikající úrovni v různých aplikacích. Ty jsou pro nás inspirací, co a jak se dá s metodou LIBS dělat. S některými skupinami již spolupracujeme na zajímavých projektech a máme společné výstupy. Na straně CEITEC VUT se jako skupina snažíme stále zlepšovat a přicházet s novými nápady, vytváříme nové věci a, dovolím si říct, i určovat nové trendy. Některé naše publikace jsou toho důkazem, například analýza měkkých tkání ve spojení se strojovým učením, výzkum toxicity nanočástic analýzou modelových rostlin, vyžití LIBS v imunostanovení. Zde je vidět náš obrovský posun za posledních pár let. Z toho mám velikou radost.

Na straně start-upu Lightigo máme také úspěch s transferem LIBS technologie a její komercializací. Máme za sebou prodej produktu LIBS FireFly do Austrálie. Ve spolupráci s firmou Crytur a výzkumným centrem Hilase jsme součástí nejlépe hodnoceného projektu TAČR TREND, navazujeme spolupráci s firmou v Japonsku v oblasti průmyslu 4.0, a připravujeme další nové projekty.

Můžeme se těšit na nějaké akce do budoucna?

Bohužel situace kolem pandemie COVID-19 tlumí interakci a prezentaci lidem. Nicméně pořádáme pravidelnou akci Noc vědců (https://www.nocvedcu.cz/) v září, kdy si můžete projít laboratoře. Také se chceme zaměřit na středoškolské studenty a vytvořit nějaké menší projekty. Výzkumný i vývojový tým je právě postavený na práci studentů a jejich zapojení se už od začátku vysokoškolského studia a my sami to podporujeme.

(tk)

 

Zadejte e-mailovou adresu

a nic ze Světa průmyslu vám už neunikne!

Vaše osobní údaje budeme zpracovávat pouze za účelem zasílání newsletterů, a to v souladu s platnou legislativou a zásadami ochrany osobních údajů. Svůj souhlas se zasíláním a zpracováním osobních údajů můžete kdykoli odvolat prostřednictvím odhlašovacího odkazu v každé kampani.

Rozhovory

Vize digitálního závodu Continental

Vize digitálního závodu Continental

Vydáno 27.7.2021

Koncept digitálního závodu je pojem, který dnes řeší nespočet společností. Jakým způsobem se ,,mění“ společnost Continental Automotive Czech Republic? Jaké trendy udává závod v Brandýse nad Labem, jakožto nominovaný modelový závod pro digitalizaci? Zeptali jsme se Tomáše Vondráka, který jako první Čech usedl do vedení firmy a v současnosti zastává pozici Plant Manager (čtyř závodů […]

TECHNOLOGIE LIBS NA MARSU I V BRNĚ

TECHNOLOGIE LIBS NA MARSU I V BRNĚ

Vydáno 15.6.2021

Rozhovor s doc. Pavlem Pořízkou, Ph.D., vedoucím výzkumného týmu zabývajícího se laserovou spektroskopií, nejen o jejím využití, ale i o vlastním start-upu Lightigo. Úspěchy brněnských vědců s technologií LIBS tak zasahují do širokého spektra odvětví.   Interdisciplinární výzkum a vývoj kombinuje inženýrství, fyziku plazmatu, analytickou chemii, statistiku i například biologii. Jak je vůbec možné a náročné tohle […]

Apple a udržitelnost

Apple a udržitelnost

Vydáno 21.4.2021

Jak se dostat do Apple týmu v Kalifornii? Rozhovor s Honzou Dvorským nejen o jeho cestě vývojáře, ale také o ekologické udržitelnosti společnosti a problematice samotné. Společnost Apple zná jistě každý. Mohl byste nám stručně popsat, jak se tak mladý člověk jako vy dostal až do týmu v Kalifornii? Po vysoké škole na ČVUT v Praze jsem […]

Rozdíl mezi sci-fi a realitou bývá jen několik jednotek až desítek let

Rozdíl mezi sci-fi a realitou bývá jen několik jednotek až desítek let

Vydáno 17.2.2021

Superpočítače pomáhají s koronavirem, termojadernou fúzí, předpovědí počasí a klimatických změn, plánováním chirurgických zákroků nebo optimalizací výrobních procesů v průmyslu. „Srdcem a zároveň mozkem továrny budoucnosti bude superpočítač, který bude zpracovávat a analyzovat data ze všech kamer a senzorů a řídit chod celé továrny včetně vyhodnocování poruch a nutnosti údržby jednotlivých zařízení,“ říká profesor Tomáš […]

Zobrazit Více