Slyšeli jste někdy o organických látkách, které by dokázaly několik hodin zářit? Právě na ně si v rámci své roční stáže na Okinawa Institute of Science and Technology chce posvítit nový stipendista Nadace Experientia Dominik Madea. Věří, že právě za pomoci organických materiálů bude možné v budoucnu vyrábět moderní displeje, jejichž spotřeba energie bude výrazně nižší, než u současných displejů.
Za pár měsíců odlétáte na zahraniční stáž na Okinawa Institute of Science and Technology, na co se nejvíc těšíte?
Okinawu jsem už jednou navštívil, to místo mi přijde výjimečné. Nejvíc se ovšem těším na atmosféru okinawského institutu. Ve srovnání s jinými japonskými univerzitami je velmi moderní, odlišuje se také tím, že tam působí hodně lidí ze zahraničí. Těším se na nové kolegy. Na institutu působí mnoho různých skupin věnujících se nejen chemii, ale všem přírodním oborům. Věřím, že budeme schopni najít společnou řeč.
Jste úplně prvním stipendistou Nadace Experientia, který si pro svoji stáž vybral Japonsko. Proč jet dělat vědu právě tam?
Fascinuje mě japonská kultura, japonské jídlo, japonská příroda, vše je tolik odlišné od toho, co známe! A proč tam jedu dělat vědu? To hodně souvisí s již zmíněným okinawským institutem. Je to opravdu moderní mezinárodní instituce, kam proudí spousta peněz. Když jsem se o institutu dozvěděl od kolegyně, která tam odjela na stáž, uchvátil mě. Řekl jsem si, že se tam musím za každou cenu dostat a je jedno jak. Až následně jsem hledal skupinu, která by mi vyhovovala.
A nakonec jste si vybral skupinu dr. Kabeho, který je jedním z průkopníků v oblasti vývoje organických materiálů vykazujících dlouhodobou luminiscenci…
Hledal jsem pracoviště, kde bych využil znalosti, které mám, ale zároveň jsem se chtěl dozvědět něco nového. A narazil jsem na dr. Kabeho. Ten se svým týmem pracuje na velmi zajímavé chemii: jedná se o spojení transientní spektroskopie a organické chemie, ale zároveň má přesah i do materiálové chemie, kdy vytváří ony zmíněné látky vykazující dlouhodobou luminiscenci. Bylo jasné, že právě jeho skupina nabízí přesně to, co hledám.
Na čem budete na okinawském institutu v rámci své stáže pracovat Vy?
Budu vyvíjet nové organické materiály vykazující dlouhodobou luminiscenci (anglicky Organic Long Persistent Luminescence, pozn. red.) na bázi heptazinu. Ty by měly být mnohem efektivnější, než dosud používané látky. Heptazin je molekula, která obsahuje 7 atomů dusíku a má speciální vlastnosti, které se hodí právě pro námi vyvíjené materiály. Díky tomu, že má heptazin malý rozdíl energie mezi singletovým a tripletovým stavem (anglicky singlet-triplet gap, pozn. red.), mohou být materiály účinnější, protože se energie při akumulaci nikde neztrácí. Další skvělou vlastností heptazinů je, že jsou termicky a redoxně stabilní, což je naprosto zásadní pro to, aby mohly být používány dlouhou dobu. Následně budeme zkoumat vlastnosti a efektivitu připravených materiálů pomocí spektroskopie. Doufám, že za pomoci našeho projektu rozšíříme základnu pro přípravu těchto zajímavých materiálů.
Jaký moment je klíčový ve vývoji organických materiálů s dlouhodobou luminiscencí?
Když přemýšlíme nad tím, jak zvýšit účinnost a délku luminescence, je pro nás zcela klíčový moment separace náboje. Během tohoto procesu dochází k akumulaci energie v materiálu ve formě nabitých iontů (anglicky charge-separated state, pozn. red.). Separace náboje je málo prozkoumaný proces a zároveň je naprosto zásadní pro pochopení celého mechanismu dlouhodobé luminescence, a tedy i pro zvýšení účinnosti těchto systémů. Separace náboje ale v materiálu probíhá ve velmi krátkých časech, v řádu pikosekund. Abychom byli schopni zvýšit účinnost a délku luminescence, která trvá v řádu hodin, je potřeba pochopit procesy odehrávající se v řádu pikosekund.
Jak se studují takto krátké procesy, v řádu pikosekund?
Studujeme je pomocí transientní spektroskopie, konkrétně pomocí femtosekundové transitní spektroskopie, protože doby života excitovaných stavů jsou skutečně velmi krátké. Chtěl bych ilustrovat, jak krátké časy to jsou na následujícím příkladu: Mezi sekundou a femtosekundou je rozdíl 15 řádů. Pokud bychom hypoteticky „žili” či vnímali na úrovni femtosekund, jedna sekunda by pro nás byla tak nepředstavitelně dlouhý časový úsek, jako v současném životě vnímáme stáří našeho vesmíru, které se odhaduje na 1017 sekund. Ten řádový rozdíl je podobný a tedy za jednu sekundu se po excitaci v materiálu odehraje opravdu spousta nejrůznějších procesů.
To musí být velmi náročný výzkum…
Ano, je to skutečně komplikované, ale přijde mi úžasné zkoumat velmi krátké časy. Baví mě i následná datová analýza naměřených spekter. I proces fitování a hlavně interpretace výsledných dat je komplikovaný, ale fascinující. Veškerou analýzu si dělám sám, musel jsem se naučit programovat a vytvořit vlastní software pro fitování těchto systémů. I proto věřím, že budu ve skupině dr. Kabeho přínosem, protože velice málo lidí dokáže data z transientní spektroskopie zpracovat a interpretovat.
Když se vývoj organických materiálů podaří, kde se s nimi následně můžeme v praxi potkat?
Pokud budou materiály účinné, budou se moci využít na výrobu průhledných barev nebo nátěrů, například pro umělecké účely nebo na výstražné cedule pro únikové východy či luminiscenční ručičky hodinek. Z odvětví organických polovodičů je známá technologie OLED, která je v Japonsku velmi oblíbená, naše materiály by se mohly chovat podobně jako OLED, ale světlo by emitovaly mnohem déle. Mohly by nalézt uplatnění při výrobě nízkopříkonových displejů, jejichž spotřeba energie by měla být výrazně nižší, než u současných displejů. A v neposlední řadě, když pochopíme proces separace náboje, můžeme pomoci jiným odvětvím, například v oblasti vývoje organických solárních článků.
Je pro Vás ve Vaší vědecké práci aplikační potenciál důležitý?
Zajímal mě vždy především základní výzkum, o praktické využití jsem se tolik nezajímal. Směřování do aplikační roviny může být ovšem zajímavé z hlediska nových zkušeností, protože přístup k výzkumu může být jiný. Primárně se tedy na aplikační potenciál nesoustředím, spíše chci sbírat nové zkušenosti.
Asi jste tím typem chemika, kterého bavila chemie odmalička…
To ano. Chemie mě začala bavit už na základní škole, kde jsem se účastnil chemických olympiád. Mě to dokonce bavilo tak moc, že jsem chemii zkoušel i prakticky: můj otec měl kufřík s anorganickými solemi a nejrůznějšími chemikáliemi, se kterými jsem experimentoval. V mém případě bylo jasné, kam půjdu na střední školu, šel jsem studovat obor aplikovaná chemie na průmyslovou střední školu do Otrokovic. Měli jsme hodně cvičení v laboratořích, což mě velmi bavilo. Věděl jsem zcela jasně, že chci studovat chemii dál.
Čemu vděčíte za to, že jste se v kariéře dostal až sem?
Na základní škole mě velmi podporovala moje paní učitelka chemie. Nedávno se mi ozvala, když jsem dostal cenu Jean-Marie Lehna, že je na mě velmi hrdá, protože dosud neměla žádného studenta, který by byl tak úspěšný, tak za to jsem velmi rád.
Na střední škole toužil můj kamarád po přípravě luminolu, což je látka, která za určitých podmínek vykazuje modrou luminiscenci a používá se např. k detekci krve na místě činu. S dovolením našeho třídního učitele jsme si jej po škole mohli v laboratořích připravit. Příprava byla velmi náročná, a tak jsme byli na výsledek patřičně hrdí a luminiscenci luminolu jsme pak předváděli před třídou i na dni otevřených dveří. Možná právě to byla zásadní zkušenost, díky které jsem se poté věnoval fotochemii na vysoké škole. Tam jsem pracoval ve skupině prof. Petra Klána, kde mě hodně ovlivnil Tomáš Slanina (bývalý stipendista Nadace Experientia a člen správní rady, pozn. red.). Jako bakalářský student jsem pracoval pod ním a on mě naučil základní práci v laboratoři a organickou syntézu. A pak pro mě byla klíčová stáž v Japonsku, kde jsem se naučil transientní spektroskopii. To byly klíčové momenty, které mě velmi formovaly. Je ale nutno dodat, že některé projekty v mé kariéře byly tak náročné, že jsem strávil spoustu času i samostudiem, bez kterého by to vůbec nešlo.
Co pro Vás vlastně znamená stipendium od Nadace Experientia?
Znamená to pro mě hodně, velmi si toho vážím. Z naší skupiny přede mnou toto ocenění dostali už 3 mladí vědci (Tomáš Šolomek, Tomáš Slanina a Lenka Štacková) a vytvořil jsem si tak určitou představu, že není až tak těžké toto stipendium získat. Opak je ale pravdou: toto stipendium získají jen ti nejlepší kandidáti, kteří musí projít velmi úzkým výběrem. Vnímám to tak, že jsem se zařadil do výběrové skupiny těch nejschopnějších lidí a toho si velmi vážím, zároveň ale cítím obrovskou zodpovědnost. Díky stipendiu Nadace Experientia můžu pracovat na jednom z nejmodernějších pracovišť v Japonsku v kolektivu lidí z celého světa, na což se velmi těším a věřím, že tím získám mnoho cenných zkušeností pro svou další vědeckou práci.
Když mluvíte o další vědecké práci, jaké jsou vlastně Vaše plány do budoucna?
Pokud to bude projekt vyžadovat nebo by to bylo zajímavé, chtěl bych si stáž v Japonsku prodloužit nebo bych chtěl získávat zkušenosti na postdoku jinde. Konkrétní plány do budoucna nemám, ale chtěl bych být výzkumníkem, snad jednou založit vlastní skupinu, ale určitě se dále rozvíjet v oblasti chemie a zkoumat. To, co vím jistě je, že chci zůstat u vědy.
Co děláte ve svém volném čase, abyste se od chemie odreagoval?
Už odmala hraji na klavír. Zkoušel jsem souběžně s bakalářským studiem chemie konzervatoř, ale nestíhal jsem. Dnes hraji už jen pro zábavu, kromě klavíru i na kytaru. Chytlo mě i lezení na stěně, ale úplně nejvíce si užívám procházky přírodou a turistiku. Když jsem byl naposledy v Japonsku, zdolal jsem horu Fudži a na Okinawě plánuji další treky.
Máte nějaký vzkaz nebo tip pro další žadatele o stipendium Nadace Experientia?
I když žádost o stipendium možná na začátku vypadá jako velmi stresující proces (jako každé podávání grantu), ve skutečnosti je to velmi jednoduché. Budoucí žadatelé se nemají čeho obávat. Z mé zkušenosti je důležité mít připravený projekt, silnou touhu na něm pracovat a chtít se dostat na vysněné pracoviště. Musíte mít vnitřní „drive”, abyste byli úspěšní.
Autorka: Anna Batistová
Foto: Nadace Experientia
Zdroj: Nadace Experientia
Dominik Madea
Dominik Madea se narodil v roce 1994 v Brně. Vystudoval organickou chemii na Přírodovědecké fakultě Masarykovy Univerzity v Brně. Během svého doktorského studia vycestoval na roční stáž do skupiny prof. Abeho na Hiroshima University. Ve svém výzkumu se věnoval syntetické organické chemii a fotochemii. Aktuálně se zabývá studiem mechanismu fotooxidace bilirubinu a jeho podjednotek ve skupině prof. Klána na Ústavu chemie a RECETOXU PřF MUNI. V roce 2022 získal cenu Jean-Marie Lehna od francouzského velvyslanectví. Díky stipendiu Nadace Experientia ve výši 835 000 Kč vycestuje v září 2023 na roční stáž na Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) do skupiny dr. Kabeho.
- Autor článku: ne
- Zdroj: Nadace Experientia
