Vědci z ČVUT a UK zkoumají ve spolupráci s Armádou ČR pravděpodobnost přežití osob zasypaných lavinou

Již řadu let se tým prof. Ing. Karla Roubíka, Ph.D., z katedry biomedicínské techniky Fakulty biomedicínského inženýrství ČVUT (FBMI) zabývá studiem dýchání, výměny plynů a pravděpodobností přežití člověka zasypaného lavinovým sněhem. Na výzkumu spolupracuje dále Fakulta elektrotechnická ČVUT, Fakulta tělesné výchovy a sportu Univerzity Karlovy a Armáda ČR.

„Naší snahou je vyvrátit některé mýty, které o této problematice kolují a které ovlivňují i záchranářské postupy. V minulosti se nám podařilo uvést na pravou míru informace o významu vzduchové kapsy před dýchacími cestami zasypaného člověka pro jeho přežití,“ upřesňuje prof. Roubík, vedoucí týmu.

Tento týden probíhá terénní lavinový výzkum týmu prof. Karla Roubíka na Brádlerových boudách v Krkonoších ve výšce 1 162 metů nad mořem. Cílem letošního bádání je detailně popsat časové a prostorové šíření dýchacích plynů v simulovaném lavinovém sněhu. Stanovení průměru oblasti, ze které postižený pod lavinou dýchá, včetně stanovení jeho závislosti na vlastnostech sněhu, jsou důležité pro záchranu a predikci pravděpodobnosti přežití zasypané osoby.

Nyní publikovaný výzkumný článek v časopise Scientific Reports popisuje perlit jako materiál, který může nahradit sníh při experimentech zaměřených na studium výměny plynů zasypané osoby. Dále umožní jednoduše, levně a celoročně testovat ochranné lavinové pomůcky (např. sněžné šnorchly a další dýchací zařízení). Výzkum v laboratoři však některé aspekty přežití lavinou zasypané osoby nemůže zastoupit, a proto je terénní výzkum nezbytný.

Lavinový výzkum je velmi důležitý, neboť prvních 15 minut přežije zasypání sněhovou lavinou až 90 % osob, ale poté nastává rapidní pokles šancí na přežití a po dalších 15 minutách je naživu méně než jedna třetina obětí.

Pplk. PhDr. Karel Sýkora, Ph.D., z katedry vojenské tělovýchovy a katedry zdravotní tělesné výchovy a tělovýchovného lékařství FTVS UK k tomu dodává: „Jako mnohaletý instruktor pro přesuny na sněhu a ledu v Armádě ČR považuji výzkum difuze plynů ve sněhu za důležitý pro další pochopení jevů, které se dějí při zasypání obětí lavinou. Získané poznatky by tak měly přispět k vývoji nových ochranných prostředků ke zvýšení šance na přežití pod lavinou.“

Ing. Ladislav Sieger, CSc. z katedry fyziky Fakulty elektrotechnické ČVUT v rámci materiálového výzkumu CAAS MATE spolupracuje na designu experimentu a zpracování výsledků. O výzkumu říká: „Zkoumáme šíření plynů při dýchání do lavinového sněhu a následně validujeme výsledky pro použití v náhradních materiálech, které umožní tyto experimenty provádět celoročně v laboratorních podmínkách“.

Úspěch týmu katedry fyziky na mezinárodní konferenci NANOCON

Vědecký tým katedry fyziky FEL ČVUT v Praze pod vedením prof. Bohuslava Rezka získal letos na mezinárodní konferenci NANOCON několik významných ocenění. Příspěvek doktoranda Hadi Hematiana o výzkumu oxidu zinečnatého pro biomedicínské a farmaceutické aplikace „Adsorption of Bovine Serum Albumin and Amino Acid Residues on ZnO Single-Crystal Facetes: Simulations and Microscopy“ získal první cenu v soutěži o nejlepší přednášku pro mladého vědce do 33 let. Této soutěže s letos účastnilo rekordních 34 soutěžících. Ve stejné kategorii získala čestné uznání také Dr. Kezia Sasitharan za svoji práci v oblasti nových 2D materiálů na téma „Microstructure and Opto-Electronic Effects in MXenes Spincoated from Polar Aprotic Solvents on ITO“ v rámci Centra pokročilé fotovoltaiky (CAP) na ČVUT. Ze soutěže o nejlepší poster si odnesli čestná uznání Dr. Jan Fait a Dr. René Pfeifer. Témata jejich posterů byla „Nanoscale Tuning of Photonic Crystal Slabs for Efficient Light Extraction from SiV Color Centers in Nanocrystalline Diamond“ a „Effects of Oxidizing and Non-Oxidizing Salts in Thermal Treatments of HPHT Nanodiamonds“. Také jejich výzkum probíhá v rámci Centra pokročilé fotovoltaiky (CAP). Na všech oceněných pracích měla neméně významný přínos úzká spolupráce s Fyzikálním ústavem AVČR.

O konferenci: 13. ročník mezinárodní konference NANOCON se konal v Brně ve dnech ve dnech 20. – 22. října 2021. Na konferenci i přes složitou situaci s pandemií Covid-19 přijelo 280 účastníků z 19 zemí. Celkem účastnící přednesli 84 přednášek a prezentovali 150 posterů. Jejich společným tématem byly nanomateriály a nejnovější pokrok v jejich zkoumání a aplikacích. Osobně se zúčastnili také významní plenární řečníci prof. Y. Gogotsi (USA) – objevitel MXenů, prof. D. Bimberg (DE) – objevitel laseru z kvantových teček, a prof. T. Jungwirth (CZ) – objevitel nemagnetické spintroniky. V ČR jde o největší akci svého druhu a jednu z největších ve středoevropském regionu. 

Doktorský studijní program Aplikovaná fyzika má prvního absolventa

Student doktorského studijního programu Aplikovaná fyzika na FEL ČVUT Victor Claerbout koncem června úspěšně obhájil svou dizertační práci na téma „Solid lubricants at the nanoscale: frictional behavior in silico”a stal se tak prvním absolventem tohoto nového studijního programu. Práce byla vypracována pod vedením školitele dr. Paolo Nicolini. Oponenty práce byli Prof. Dr. Enrico Gnecco z Friedrich-Schiller Universitaet Jena, Prof. Dr. Daniele Dini z Imperial College London a Dr. Ondrej Hovorka z University of Southampton. Práce je nominována na Cenu děkana. Student byl součástí výzkumného týmu Advanced Materials Group z katedry Řídící techniky FEL. K úspěšné obhajobě blahopřejeme!

Nejnovější článek o interakci bakterií s nanostrukturami ZnO vzbudil pozornost

Článek Davida Rutherforda a kol. na téma “Growth Inhibition of Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria by Zinc Oxide Hedgehog Particles“ byl v květnu publikován v  International Journal of Nanomedicine – mezinárodním recenzovaném časopise zaměřeném na aplikaci nanotechnologií v diagnostice, terapeutice a transportu farmaceutických látek v biomedicínské oblasti. Za 4 týdny od zveřejnění dosáhl článek více než 1400 zhlédnutí a David Rutherford získal status „Favored Author“.

Zájem o nanočástice pro antibakteriální aplikace se za posledních 10 let významně zvyšuje kvůli alarmujícímu nárůstu bakterií, které jsou rezistentní vůči běžným antibiotikům, a také kvůli nedostatku nového farmaceutického výzkumu v této oblasti. Oxid zinečnatý (ZnO) představuje jeden příklad takovýchto anorganických materiálů, které vykazují antibakteriální účinky. Předpokládá se, že působí generováním reaktivních forem kyslíku (ROS) a produkcí iontů zinku, které jsou ve vysokých koncentracích toxické, a také prostřednictvím povrchových interakcí mezi nanočásticemi a bakteriemi. V našem výzkumu jsme zkoumali roli velikosti, tvaru a koncentrace částic na antibakteriální účinek ZnO v podobě mikrostruktur („ježků“) a komerčně dostupných nanočástic a mikročástic. ZnO ježci se ukázaly být účinnější díky své specifické mikrostruktuře, a to i v biologických médiích, která potlačují jiné antibakteriální účinky. Mohly by tedy být výhodnou alternativou pro úpravy vody a dekontaminaci povrchů, kde přítomnost bakterií představuje vážné riziko pro lidské zdraví.

Výzkum byl veden katedrou fyziky FEL ČVUT, kde byly prováděny mikrobiologické a nanomateriálové experimenty. Částice ZnO byly syntetizovány na Chemickém ústavu Slovenské akademie věd a materiály byly charakterizovány s pomocí kolegů ve Fyzikálním ústavu AV ČR a na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy.

Tento výzkum byl realizován v rámci mezinárodního projektu GAČR s National Pingtung University, Taiwan, s podporou Centra pokročilých aplikovaných věd (CAAS) na ČVUT, slovenské Vědecké grantové agentury (VEGA) a s využitím výzkumné infrastruktury CzechNanoLab.

Článek Vojtěcha Munzara vybrán jako „Editor’s Pick“ a představen na obálce časopisu Physics of Plasmas

Práce s názvem „Mapping of azimuthal B-fields in Z-pinch plasmas using Z-pinch-driven ion deflectometry“ byla počátkem června publikována v uznávaném vědeckém časopisu Physics of Plasmas. Časopis vydává American Institute of Physics (AIP) a je to největší časopis věnující se oblasti experimentální a teoretické fyziky plazmatu. Práce byla zvolena editory jako „Editor’s Pick” a brzy se stala nejčtenějším článkem týdne. Následně byla vybrána i na obálku červnového vydání časopisu. Hlavním autorem článku je doktorand Ing. Vojtěch Munzar ze skupiny prof. Daniela Klíra na katedře fyziky FEL ČVUT.   

Iontová deflektometrie je novou diagnostickou metodou pro měření elektrických a magnetických polí v horkém a hustém plazmatu, které je těžko přístupné klasickými metodami. Ionty s dostatečnou energií se v plazmatu nerozptylují, jejich trajektorie jsou pouze zakřivovány (deflektovány) v přítomnosti polí Lorentzovou silou. Stín referenční mřížky otištěný v iontovém svazku se zakřivením trajektorie iontů deformuje. Tato deformace pak znázorňuje 2D profil měřených polí. V laserovém plazmatu se protonové deflektometrie hojně využívá, ale její použití v plazmatu Z-pinče (plazmového vlákna) bylo dosud stále problematické. Naše skupina na katedře fyziky spolu s týmem na zařízení GIT-12 v Tomsku však vyvinula originální způsob, jak ionty (zejména deuterony) urychlovat uvnitř samotného Z-pinče, tedy bez nutnosti laseru. To umožnilo nahlédnout do samého horkého středu plazmového vlákna o teplotě několika milionů stupňů celsia a prozkoumat profil magnetických polí, které dominantně ovlivňují dynamiku Z-pinče. Podařilo se tak lépe poznat fenomén Z-pinče, který se objevuje v mnoha oblastech fyziky včetně slunečních protuberancí či formování mlhovin.

Tento výzkum podpořila Grantová agentura ČR, Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR a ČVUT.

V dejvickém kampusu rozkvetly sakury

Jako každý rok začátkem května, i letos v dejvickém kampusu rozkvetly sakury. Pohled z fyzikální laboratoře katedry fyziky.

Krátký rozhovor s Viktorem Hruškou

Viktor Hruška, doktorand v oboru Akustika, je pro některé studenty prvních semestrů „obyčejným cvičícím“ v kurzech Fyzika 1Fyzika 2. Většina z nich ale netuší, jak široký záběr má – od hudby až po fyziku, přičemž nyní v rámci svého druhého doktorského studia tyto zájmy spojuje v oboru akustika pod vedením doc. Bednaříka. Krátký rozhovor s ním vznikl po jeho přednášce na Fyzikálním čtvrtku.

Na obálce časopisu Physica status solidi

Naše práce „Mikroskopická studie adsorpce albuminu hovězího séra na povrchu oxidu zinečnatého (0001)“ byla nedávno publikována v mezinárodním vědeckém časopisu Physica status solidi a vybrána na obálku tohoto časopisu.

Obálka časopisu Physica status solidi již po mnoho let představuje mezinárodní vědecké komunitě vysoce kvalitní výzkum v oblasti materiálových věd a fyziky pevných látek.

Vlastnosti a funkce různých typů ZnO v biologických systémech jsou intenzivně zkoumány pro diagnostiku, terapii, hodnocení zdravotních rizik i pro baktericidní a dekontaminační účely. V naší práci jsme studovali rozhraní mezi ZnO a biologickým prostředím charakterizací adsorpce albuminu z hovězího séra (BSA) a fetálního hovězího séra (FBS) pomocí mikroskopie atomové síly s hroty ošetřenými CF4 plazmou. Byly pozorovány podobné molekulární morfologie (tloušťka kolem 2 nm), ale různé vazebné síly k ZnO (10 – 25 nN). Tato pozorování byla potvrzena simulacemi BSA na povrchu (0001) ZnO na atomární úrovni pomocí metody silového pole (force field) ukazující přeskupení povrchových atomů zinku. Taková vazba může mít dopad také na další vlastnosti komplexu ZnO–BSA. Na výzkumu pracovaly společně týmy z Českého vysokého učení technického v Praze a Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky v rámci mezinárodního projektu GACR-MOST s National Pingtung University na Tchaj-wanu.

Jan Fait získal Cenu děkana za prestižní dizertační práci

Dne 10. března byla udělena děkanem Fakulty elektrotechnické ČVUT prof. Mgr. Petrem Pátou, Ph.D. Cena děkana dr. Janu Faitovi za prestižní dizertační práci na téma „Fabrication and characterization of diamond photonic structures“. Školitelem byl prof. Bohuslav Rezek z katedry fyziky a školitelem specialistou dr. Lukáš Ondič z Fyzikálního ústavu Akademie věd. Práce probíhala v úzké spolupráci mezi katedrou fyziky Fakulty elektrotechnické ČVUT a Fyzikálním ústavem AVČR.

Jan Fait se věnuje fotonickým strukturám, které slouží k dosažení maximální účinnosti detekce fotonů vyzařovaných barevnými centry v diamantu. Tato centra mají řadu zajímavých vlastností, které nacházejí využití v kvantové komunikaci, senzorice, či biomedicíně. Pro tyto aplikace je detekce maximálního počtu fotonů stěžejní. Jan Fait se zaměřuje jak na optimalizaci fotonických struktur, tak na nové postupy jejich přípravy za pomoci tenké vrstvy amorfního křemíku. Výsledky práce byly publikovány v odborných časopisech s řadou citací a prezentovány na mezinárodních konferencích. Dizertační práce je k nahlédnutí na DSpace ČVUT.

Rozhovory s prof. Kulhánkem

Profesor Petr Kulhánek z katedry Fyziky FEL poskytl rozhovory o výzvách doby Covidové do letního a zimního vydání časopisu Pražská technika. Tento zpravodajský časopis, který redakčně a graficky zpracovává Česká technika – Nakladatelství ČVUT přináší zajímavosti a novinky z dění na ČVUT.

Prof. Kulhánek hovořil o svých zkušenostech jak ze studentských let, tak i o svých pedagogických začátcích na ČVUT. Především se však rozhovory týkaly současných změn stylu výuky, které nastaly kvůli koronavirové pandemii, která způsobila, že se již rok setkávají vyučující se studenty pouze virtuálně. Pozitivním výsledkem této stávající situaci je větší dostupnost výukových materiálů a přednášek všem zájemcům online. Nicméně kontakt studentů s pedagogy je podle prof. Kulhánka nenahraditelnou zkušeností a to především pro začínající studenty, stejně tak jako možnosti různých expedic a návštěvy špičkových světových pracovišť.

Diváci pořadu České televize Věda 24 měli možnost zaznamenat dvě vystoupení prof. Kulhánka. První na téma Bruslení na ledu a druhé o Rychlovarných konvicích.