Fotopolymerace s modrým světlem Anny Márie Dávidíkové
Anna Mária Dávidíková je mladá vědkyně, v SAKO Brno pracuje jako enviromentální specialista a ve volném čase velmi ráda opravuje rolety. A nedávno také získala ocenění nejstarší české nadace – Hlávkovy - za mimořádné studijní a vědecké výsledky. Rok a půl vědeckého bádání, kdy závěrečná část její diplomové práce vznikala v rámci výzkumného centra CEITEC VUT, prověřovalo možnosti využití vitamínu B během fotopolymerace, namísto toxičtější látky na bázi lithia. A kde se s výsledky výzkumu Anny Márie Dávidíkové potkáme? Například při léčbě zlomených kostí.
Anno Mário, co je to polymerace? Jednoduše prosím
Jasně. Polymerace je když máte monomery…
Aha
Tak počkat, máte monomery, které různě spojujete a přetváříte do polymerů. Přibližme si to na příkladě plastu, protože i PETky jsou polymer. Polymerace je chemický proces vzniku toho plastu, kdy spojujeme jednotlivé malé částice, monomery, a dostáváme velmi dlouhé vlákno, drobnou nitku toho polymeru. Tato výsledná vlákna můžeme mezi sebou ještě síťovat – jednotlivá vlákna alias řetězce se mezi sebou propletou a vytvoří se pevnější struktura, která má pak lepší vlastnosti a drží svůj tvar, například jako PETky.
A když na ty polymery mířím světlem?
Když materiál připravuješ za pomoci světla, tak se jedná o fotopolymeraci. Znamená to, že světlo spustí reakci, při kterém se vlákna v polymeru mezi sebou síťují, přeplétají. Může to být viditelné světlo, může to být infračervené světlo, zkrátka, proces polymerace a síťování iniciuješ pomocí světelného záření. Já jsem používala modré světlo, které je částí viditelného světla. V průmyslu se běžně používá fotopolymerace s UV světlem. Proces s UV světlem je rychlý a dá se dobře kontrovat. UV světlo se mimochodem také používá na dezinfekci, na zabíjení bakterií.
Cílem Tvé práce bylo bakterie nezabíjet?
Rozhodně. Cílem této práce bylo pracovat s biologicky rozložitelným polymerním materiálem, který může být využit v biomedicínských aplikacích, například při léčbě popálenin nebo jako kostní cement. Při popáleninách lze využít polymerní materiál navržený tak, aby zadržoval vodu, chránil ránu před nečistotami a byl kompatibilní s lidskou pokožkou bez vyvolání nežádoucích reakcí. Také do toho materiálu můžeme přidat pár buněk pacienta. Aby mohla probíhat fotopolymerace, tak to nemůže fungovat s UV světlem, protože to by se ty buňky zabily.
No a ten samý princip by šel použít třeba na kosti. Někdo si rozbije sanici, 3D modulem navrhneme přesně ten kousek, který bude třeba doplnit, to se na 3D tiskárně vyrobí a s buňkami toho pacienta a i s tím „léčivým“ polymerem se vloží se do té sanice.
A stane se robotem s umělou sanicí
Nestane se robotem. Polymery se dnes v medicíně používají úplně běžně – například v zubních výplních, nebo v kostním cementu při výměnách kloubů. Polymer na kterém jsem pracovala je ale v jedním ohledu výjimečný: je nasyntetizovaný tak, aby se do 30 dní rozpustil. Skládá se z biologicky rozložitelných materiálů, které tělo dokáže zpracovat. Do materiálu se navíc můžou přidat buňky, aby to lépe rostlo a aby to tělo přijalo, dá se tam protizánětlivé léčivo na podporu hojení. Představ si to jako takový kostní cement, který zlomeninu nejprve slepí, zpevní, následně uvolňuje léčivo a podporuje růst a pak poslouží jako lešení, na němž pak srůstající kost může stavět.
Jestli tomu dobře rozumím, fotopolymeračně to musí ztvrdnout za pomoci modrého světla, nikoliv UV záření
Jasně, pokaždé, když probíhá fotopolymerace, tak je potřeba nějakého iniciátora, něco, co tu reakci nakopne. Většinou se používá docela složitá organická látka na bázi lithia. My jsme přemýšleli, jak to lithium obejít, čím jej nahradit. Základem mojí práce bylo použití netoxického přírodního iniciátoru a velká část výzkumu spočívala v jeho porovnání s iniciátorem na bázi lithia.
Vzala si iniciátor, který je neškodný…
Riboflavin, tedy vitamín B a jeho deriváty. Vzala jsem jednak béčko a také dva jeho modifikované deriváty na syntetické bázi. Výhoda je, že s vlastnostmi modifikovaných derivátů si lze různě hrát, tak, abyste dostali požadované vlastnosti třeba z hlediska pevnosti materiálu, jeho toxicity, schopnosti zadržovat vodu nebo toho, jak dobře na něm mohou růst buňky.. A výsledky byly perfektní. V řadě parametrů měly deriváty Riboflavinu lepší výsledky než „tradiční“ LiTPO iniciátorna bázi lithia. Do budoucna totiž – když se ví, že přesně tato syntetická sktruktura má takovéto vlastnosti - tak se s tím dá pracovat, různě upravovat a měnit tak, jak třeba.
Takže Cena Josefa Hlávky byla za to, že jsi využila vitamín při iniciaci fotopolymerace, že ona proběhne bez použití toxických látek
V tom je právě ta výhoda využitelnosti pro budoucnost medicíny. Nejsou tam žádné umělé látky, které v těle už zůstanou (například lepidla, používaná při náhradách kyčelního kloubu jsou na bázi polymethylmethakrylátu, tedy materiálu podobného plexisklu), ale polymer, který poslouží, pomůže při hojení a pak zmizí.
Kde možnosti vitamínové fotopolymerace vidíš za 10 let? Někdo si zlomí třeba tu sanici, pojede do nemocnice, a co se pak stane dál?
Bez křišťálové koule Ti nepovím zcela exaktně, ale v tom ideálním případě by léčba zlomeniny nemusela trvat tak dlouho a nemusela by být tak náročná. Kost se „slepí“ polymerem a dokonce by tam mohlo probíhat řízené uvolňování léčiv. To by fungovalo na základě nějakého podnětu. Do polymeru by se navázalo léčivo, dalo by se to do zlomeniny…
A pak by to už řízeně léčilo?
Například první týden chceme, aby to fixovalo, lepilo. Ale pak by bylo fajn, kdyby tam byla podpora růstu buněk, nebo nás to chránilo proti zánětu. Osvícením, nikoliv tedy modrou lampou, kterou jsem používala při výzkumu já, ta nedokáže projít dostatečně do hloubky, tak třeba infračerveným světlem. Tento polymer by byl citlivý na osvit infrasvětlem a po osvětlení by začal uvolňovat potřebnou látku v daném místě. Proti zánětu, na podporu hojení…
Takže zlomená kost, vitamín B a za 14 dní pohoda
Tak jednoduché to asi nebude, ale těch možností do budoucna je „veľa“ takže uvidíme.
Nyní se přechází z laboratorní fáze k experimentální léčbě zvířat a když se to osvědčí, tak to přejde do veteriny a když to bude fungovat, tak se to přizpůsobí a aplikuje do lidské medicíny.
A kdy to od zlomenin psích a koňských noh přijde k lidem?
Jejda, určitě roky. Polymery se dnes v medicíně už běžně používají, ale věřím, že o tom konkrétním polymeru, na kterém jsem pracovala, ještě určitě uslyšíme.
Pracuješ v SAKO Brno. Jaký má tvůj výzkum využití pro popeláře?
Když se jim v budoucnu nedej bože stane pracovní úraz. (smích) Ale vážně. Polymery jsou všude kolem nás. V kontaktních čočkách, v oblečení, v elektronice, tvoří PET lahve, obalové materiály. Kdyby nebylo polymerů, tak nemáme spoustu zboží, ale i odpadů.
Jak Tě znám, chemie není jediná disciplína, která Tě zajímá
Mám ráda vědu, chemii, ale také technologie i manuální práci - například si dokážu sama opravit žaluzie (smích).
Studovala jsem chemii životního prostředí, spojení s životním prostředím v mé práci byly právě ty riboflaviny, které jsou přírodní látky. Hrozně mě bavilo chodit do té „labiny“ a s výzkumem se doslova „prplať“, neboť polymer na kterém jsem pracovala, připomíná takový lepkavější ztuhnutý med, který se natahuje a když bylo třeba navážit třeba takové tři miligramy, tak to bylo náročné. Ale zároveň to byla zábava. Člověk si u toho opravdu procvičí trpělivost.
Jak Tě to vůbec napadlo, odskočit si od laboratorních výzkumů do Saka, kde pracuješ jako enviromentální specialista?
Studovala jsem na univerzitě v Německu a jedna z podmínek pro uznání titulu byla praxe. Do nějaké laboratoře se mi moc nechtělo, v rámci praxe jsem chtěla blíž praktickému využití vědy. Hledala jsem něco zajímavé, co by dávalo mým poznatkům ze školy smysl, kde bych se mohla naučit mnoho nových věcí, získat širší přehled a co by mě zároveň bavilo. Shodou okolností jsem byla v Saku na exkurzi, přišlo mi to, co se v ZEVO (ZEVO = Zařízení na energetické využívání odpadu, lidově spalovna) děje zajímavé, jak z hlediska techniky, tak ochrany životního prostředí. Zkusila jsem tedy do SAKa napsat, jestli někoho nehledají na stáž, sice nehledali, ale měla jsem štěstí a vzali mě na environmentální oddělení. Nejdřív jsem tu byla jen jako stážistka a později jsem tu nastoupila do práce. A nelituji toho.
Co máš přesně na starosti?
Mám na starosti emise, jejich monitoring, data, měření, vyhodnocování. Čtenáři to určitě ví, naše zařízení musí za všech okolností pracovat tak, aby neškodilo životnímu prostředí. Emisní limity máme nastaveny velmi přísně a pečlivě dbáme na jejich dodržování. Část práce tvoří také vyřizování různých povolení a další administrativa. Kromě toho s kolegy provádíme také kontroly odpadu, abychom se ujistili, že se nespaluje nic, co spalovat nesmíme nebo na co nemáme povolení. Jsme také radiační pracovníci, takže když se objeví radiační alarm, jdeme odpad proměřit a podle potřeby i dohledat zdroj záření. Podílíme se na odběru různých vzorků odpadů a také pracujeme na zajímavých projektech. Nyní jsme se například zaměřili na využití škváry nebo změnu kategorizace END produktu z nebezpečného odpadu na ostatní, přičemž spolupracujeme s VUT, takže vlastně stále bádám se svojí alma mater.
Jakpak ty emise měříte?
Na trasách spalinovodů jsou různé měřáky, na nichž měříme kyselinu chlorovodíkovou, oxid siřičitý, oxidy dusíku, tuhé znečišťující látky. Emise se měří každou minutu a spojují se do půlhodinových průměrů. My je pak vyhodnocujeme z hlediska plnění ekologických limitů. Zda plníme co plnit máme a když jsou hodnoty vysoko, musíme přijít na to, proč to nesplňujeme, jestli se tam něco nepokazilo, nebo jestli jsme neměli v návozu nadprůměrné množství komodit s látkou, kvůli které nám dočasně povyskočily ty které emisní hodnoty.
Jak na tom jsme?
Dobře. Ovšemže výborně 😊 Máme opravdu velmi přísně nastavené limity na emise. Přísné limity, které nám ukládá zákon, a ještě přísnější limity, které jsme dostali v povolení. Plníme samozřejmě všechny a to je dobře. Každý den v enviromentálním oddělení procházíme plnění předchozích časových úseků, vyplňujeme různé tabulky, hlášení, děláme rozbory toho, co zbude po energetickém využití odpadu. Celkové vyhodnocení předchozího měsíce pak k evidenci posíláme na kraj, na magistrát, na inspekci životního prostředí.
Baví Tě to víc, než opravovat žaluzie, které tady jsou mimochodem, jistě i Tvojí zásluhou, v perfektním pořádku…
(smích) Baví mě to. Nemyslila jsem si, že mě to bude tak bavit, ale baví. Opravovat pokažené žaluzie, to pro jen takový mentální oddych.
Nikde v Tvé kanceláři nevidím ten diplom Cena Josefa Hlávky
Mám ho schovaný doma a vůbec mě nenapadlo dát si ho do kanceláře – asi to budu muset napravit. Rodičům jsem dala kopii, jsou na to totiž moc hrdí.
