Výzkum pražské univerzity 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 ČVUT v Praze pod vedením Antonia Cammaraty a 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,“ uvedl Komeda, který práci realizoval v rámci své bakalářské práce na FEL ČVUT. 

Výzkumník Cammarata z katedry řídicí techniky FEL ČVUT, který bakalářskou práci vedl, dodal: „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.“ 

Komeda absolvoval bakalářský program Lékařská elektronika a bioinformatika na FEL ČVUT. „Původně mě zajímala kombinace medicíny a informatiky, ale během studia mne velmi zaujala fyzika a materiálové inženýrství,“ popsal. Rozhodující byly kurzy Cammaraty, jako například Fyzika pevných látek a Základy atomistických simulací, které Komedu inspirovaly k výzkumu.

Po absolvování FEL ČVUT pokračuje Jan Komeda v magisterském studiu Computational Science and Engineering na Technické univerzitě v Mnichově, 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,“ dodal. 

Cílem studie bylo navrhnout optimální materiál pro zesílení Ramanova signálu při detekci glukózy. Metoda SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, pozn. aut.) 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,“ vysvětlil Cammarata. „Takový senzor by v budoucnu mohl pomoci nejen diabetikům, ale také například při detekci nádorových markerů nebo monitorování metabolitů v biologických vzorcích,“ dodal. 

Materiál – grafen dopovaný borem – má podle něj navíc výhodu nízkých nákladů, jednoduché výroby a vysoké stability, což z něj činí slibného kandidáta pro budoucí senzory pro použití v medicíně i průmyslu.