K zájmu o chemii ho dovedla dětská zvídavost – chtěl rozumět tomu, co se děje v živých organismech, hlavně v rostlinách. Dnes se ovšem Michal Otyepka zaměřuje především na neživé, totiž 2D materiály, například grafen a jeho deriváty. Jako fyzikální chemik působí na pomezí materiálové chemie a využívá nástroje výpočetní a teoretické chemie k pochopení struktury a vlastností materiálů. To mu umožňuje nové materiály také vytvářet.
Vedoucí Katedry fyzikální chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci a zástupce ředitele Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů získal před rokem pro svůj výzkum prestižní ERC grant. Peníze od Evropské rady mu pomáhají i ve shánění zahraničních partnerů pro společné projekty. „Je to ocenění, které otevírá dveře,“ shrnuje.
Kdy vám došlo, že chemie pro vás bude víc než jen oblíbený školní předmět?
Začalo to už na základní škole, velkou inspirací pro mě byl skvělý učitel chemie Zdeněk Krejčiřík. Současně ale musím říct, že jsem dlouho koketoval hlavně s biologií. Chtěl jsem vědět, jak funguje živá příroda. Později jsem na gymnáziu pochopil, že k tomu potřebuji porozumět molekulární biologii, což se zase neobejde bez znalosti biochemie a chemie. Dokonce jsem se hlásil i na medicínu, ale pak k přijímačkám nedošel. O týden dřív mě totiž přijali na analytickou chemii a to zvítězilo, přestože povolání lékaře mě dodnes fascinuje. Nakonec jsem skončil u fyzikální chemie.
Dnes jste známý odborník na grafen a uhlíkové materiály vůbec. Vedla k této specializaci přímá cesta, nebo jste k ní dospěl také oklikou?
Velkou oklikou! Během doktorského studia jsem se věnoval inhibici enzymů regulujících buněčný cyklus. Jelikož jsem využíval výpočetní chemii, nabídl mi pomoc profesor Jaroslav Koča v Brně, kde jsem se naučil spoustu technik pro modelování molekul. Pak jsem přešel ke studiu dynamiky enzymů a znalosti následně využil při studiu dynamiky nukleových kyselin. Moje kariéra se tedy nejprve ubírala spíše cestou simulace biostruktur, biomakromolekul. V té době jsem se pravidelně vídal s kamarádem ze studií Radkem Zbořilem, který se zabýval syntézou nanomateriálů a jejich využitím. Říkali jsme si, že bychom mohli najít styčný bod v našich výzkumech. Oba jsme totiž považovali za velmi stěžejní propojení experimentu s teorií. Průnik jsme našli asi až po pěti letech diskusí. Jednalo se o dvoudimenzionální materiály. První společnou prací, kde jsme úspěšně použili kombinaci experimentu s teorií, byl objev fluorografenu v roce 2010.
Tedy nejtenčího izolantu na světě, na němž současně pracovali i nositelé Nobelovy ceny za fyziku Novoselov a Geim. Pomineme-li samotné vlastnosti materiálu, v čem byl pro vás tento objev klíčový?
V Olomouci se od té doby začalo pracovat na vývoji dvoudimenzionálních materiálů. Pro mě samotného to byl vstup do nanomateriálové chemie, otevřely se mi zcela nové obzory ve vědecké práci. Jako velmi přínosné se ukázalo propojení experimentátorů a teoretiků a výpočetních chemiků, k nimž se řadím. Experimentátorům totiž dost často klademe zajímavé otázky, snažíme se věcem přijít na kloub, vše důsledně pochopit. Kolegům dáváme zpětnou vazbu a nakonec to vede k cílenému a rychlejšímu vývoji nových materiálů. Fluorografen byl pro nás zajímavý i tím, že naznačoval možnost reaktivity, ačkoliv například kolegové Novoselov a Geim ho označovali jako analog teflonu a tudíž chemicky inertní materiál. My jsme ale ukázali, že je možné ho chemicky transformovat.
Zmínění Nobelisté fluorografen opustili, zatímco vy jste se mu věnovali dál, že?
Vrátili jsme se k němu po pár letech a zjistili, že chemie na fluorografenu se dá velmi pěkně řídit a dále využít. Dnes už umíme připravit pestrou paletu grafenových derivátů se specifickými chemickými funkcemi. Laicky řečeno, máme grafenovou podložku a na ni přidáváme vhodné háčky pro zavěšení dalších chemických funkcionalit. Paralelně s tím pokračuje vývoj nekovových magnetických materiálů, na němž spolupracuji. Z derivátů fluorografenu se nám podařilo připravit dvoudimenzionální nekovové magnety a prokázat, že mají neobvyklý zdroj magnetismu.
Příprava superfunkčních 2D materiálů odvozených od grafenu je také náplní vašeho ERC grantu nazvaného Dvoudimenzionální chemie směrem ke grafenovým derivátům. Co to vlastně znamená?
Hlavním cílem je odpovědět na otázku, zda existují specifická pravidla pro chemii, která se odehrává na povrchu grafenu nebo dalších dvoudimenzionálních materiálů. Tedy zda existují pravidla odlišující klasickou chemii od chemie dvourozměrných materiálů. Zdá se, že dvourozměrné materiály mají celou řadu zvláštností. Samotným jádrem projektu je nalezení a pochopení principů dvourozměrné chemie, ale navazuje na něj řada aplikačních koncovek. Na jedné straně chceme vyvinout procesy pro specifickou povrchovou modifikaci 2D materiálů a připravit širokou paletu materiálů s požadovanými vlastnostmi. Následně budeme moci materiály vrstvit do struktur a vytvářet 3D materiály s požadovanými vlastnostmi, jakési molekulární lasagne. Zajímavou cestu otevírají i zmíněné nekovové magnetické 2D materiály.
Jaké předpokládáte využití superfunkčních materiálů?
Testujeme je v oblasti senzoriky, například pro detekci látek znečišťujících životní prostředí či signálních biomolekul, nebo elektroniky a spintroniky. Využíváme je také v nanokompozitech pro separační technologie a nyní ověřujeme i přípravu superpevných nanovláken. Jedna z oblastí, po níž je v praxi velká poptávka a my bychom se na ni chtěli více zaměřit, je ukládání energie. Dnes se mluví o materiálech, které fungují jako takzvané superkapacitátory. Tedy jakési superbaterky, jež mají velkou kapacitu a jsou schopny dát rychle zpět velké množství proudu. Právě 2D materiály a jejich hybridní struktury se ukazují jako velmi vhodné pro tento typ aplikací. Je to velmi perspektivní oblast, neboť ukládání energie včetně té „zelené“ je jedním z velkých celosvětových problémů.
Grant je na pět let, máte za sebou první rok. Můžete se už pochlubit nějakými výsledky?
Výsledků je poměrně hodně včetně devíti publikací. Udělali jsme obrovskou práci v oblasti specifické chemie fluorografenu a jejího pochopení. Připravili jsme pěknou řádku nových materiálů. Některé jsme již publikovali, jiné jsou k publikaci přichystané. Přijal jsem tři zahraniční pracovníky na pozici postdoků, brzo nastoupí další a v září i první Ph.D. studenti.
Jak důležité bylo pro tento výzkum získání ERC grantu? Šlo by to bez něj?
Získané peníze dávají obrovskou svobodu a jsou citelně znát. Bez nich by to možná šlo, ale rozhodně ne v takovém rozsahu a šíři. V projektu mám například zaměstnané tři syntetiky, kteří se stoprocentně věnují přípravě nových materiálů. Bez ERC grantu bychom si mohli dovolit jen jednoho. Udělení grantu je navíc pro vědce dobrá známka a jeho vědecká hodnota tím trochu naroste. Lépe se mi tak komunikuje se zahraničními kolegy, snáze se hledají partneři pro společné projekty. ERC grant pomáhá otevírat dveře.
Co v této souvislosti říkáte na argument, který se v diskuzích na českých univerzitách a v ústavech také objevuje, že malá úspěšnost při získávání ERC grantů nevadí? Že se to prostě v Česku dělá jinak…
Nalijme si čistého vína. Česká republika by měla přijmout fakt, že má velké procento neúspěšných žadatelů. Jen velmi malý počet žadatelů (asi 4,4 procenta) z ČR uspěje. Je potřeba se zamyslet nad příčinami a nehledat nějakou českou cestu či snad tvrdit, že je to v pořádku a jinde je to horší. To prostě v pořádku není. V akademických kruzích se začíná o tomto problému diskutovat, ale často mi navrhovaná řešení připomínají jen symptomatickou léčbu.
Co považujete za příčiny takového stavu?
Myslím, že české vědě by velmi prospěla mezinárodní otevřenost. Na ústavech Max Planck Institutu je 30 až 40procentní podíl cizinců. U nás jsou zahraniční vědci na řadě univerzit i ústavů spíš výjimky. Začít by se mělo už během studia a vyučovat v magisterském stupni v angličtině. Mohlo by se ubrat i frontální výuky a více se soustředit na samostatnou práci a projekty studentů, říká se tomu učení vědou. Všechny konkurzy by měly být otevřené a inzerované na zahraničních portálech. Další příčinou je absence smysluplného a objektivního hodnocení s přímými a zásadními důsledky na financování. Pokud se finanční prostředky rozdělují téměř rovnostářsky a nezohledňují výkon, nelze se pozastavovat nad stavem české vědy. Je to zcela zásadní problém, neboť financované špatné týmy deformují prostředí a naopak skutečně výkonné týmy se utápí v grantových žádostech a posléze byrokracii, která je s tím spojená. Měli bychom se nechat inspirovat přírodou a její evoluční strategií. Pokud se nám povede vytvořit správný selekční tlak preferující kvalitní vědce, logicky to povede ke zvýšení kvality české vědy.
A co kvalitní technické vybavení?
V experimentálních oborech se k problémům přidává i potřeba kvalitního zázemí. To se z malých grantů vybudovat nedá. My máme v Regionálním centru pokročilých technologií a materiálů výhodu v tom, že se nám podařilo koncentrovat špičkové vybavení pod jednu střechu. I díky tomu jsme jedním z úspěšných pracovišť na domácím trhu v oblasti nanomateriálového výzkumu. Řešení spočívá v kombinaci řady aspektů. V neposlední řadě je třeba přiznat i to, že například v souvislosti s neblahými událostmi minulého století nastal odliv mozků hned v několika vlnách a pro budování silné české vědecké tradice nebyly podmínky. S radostí ale pozoruji, že se u nás objevují pozitivní ostrůvky skvělých pracovišť a týmů, které se snad jednou podaří přetavit v systémovou změnu.
Vraťme se k vaší vědecké práci. Pro rok 2014 jste obdržel od nadačního fondu Neuron peníze na výzkum chování biomolekul při styku s grafenem. Jak tento výzkum pokračuje?
Dokončujeme zásadní publikaci v této oblasti, kde jsme se věnovali interakci nukleové kyseliny s grafenem. Vyšli jsme z myšlenky, že grafen může sloužit jako nosič léčiv, nosič malých úseků nukleových kyselin pro genetickou terapii a mohl by být i efektivním sekvenátorem bází nukleové kyseliny. Pro všechny tyto aplikace je nezbytné pochopit povahu interakce biomakromolekuly s dvoudimenzionálním povrchem. Na rozdíl od dřívějších experimentátorů jsme výzkum prováděli v nativním prostředí a zkoumali, jak se chová na mezifázovém rozhraní voda, grafen a co dělá biomakromolekula. Podařilo se nám identifikovat několik fyzikálněchemických parametrů, kterými můžeme chování nukleové kyseliny na grafenovém povrchu ovládat.
Grafen jste opakovaně zmínil jako materiál s mimořádnými vlastnostmi. I proto se jím zřejmě zabývají mnohé týmy ve světě. Může vědce ještě něčím překvapit?
Je to dnes jeden z nejprozkoumanějších materiálů. Jeho chemické a fyzikální vlastnosti jsou velmi dobře zmapované a hlavním směrem výzkumu je jeho reálné využití v praxi. Otazníků ale zůstává celá řada. Zajímavé výsledky lze čekat asi v oblasti magnetismu 2D materiálů či využití grafenu v biomedicíně. Grafen ale má stále potenciál nás překvapit.
Jste v kontaktu s kolegy ze zahraničí a voláte po otevřenosti české vědy. Neláká vás ale naopak angažmá v cizině?
Změnit působiště nemusí být na škodu a faktem je, že v zahraničí je to běžné. V Olomouci máme úžasné zázemí, vybudoval jsem si tu tým, mám skvělé spolupracovníky a odejít jinam by znamenalo začít vše téměř od začátku. Na druhé straně mě ale opravdu sžírá neustále rostoucí byrokracie a rigidita systému. Věci, které šly dělat snadno, najednou nejdou a musí se nějak obcházet. Strávím poměrně hodně času vymýšlením způsobů, jak dosáhnout cíle v souladu s řadou nařízení a předpisů. To je velmi únavné. Byrokracie je už tak neuvěřitelná, že celý systém rozežírá zevnitř. Ztrácí se nadhled a velkorysost. Hrozí i tak absurdní situace, že bychom měli dělat výběrová řízení na chemikálie. Je to stejně nesmyslné, jako kdyby novinář před napsáním článků musel dělat výběrové řízení na slova, která smí použít. A bohužel už to není akademická diskuse, ale některé projekty to vyžadují. I to odrazuje vědce, kteří by chtěli přijít ze zahraničí. Ne každý je ochoten bojovat s regulemi, jimž je velmi těžké vyhovět. Raději se vrátí tam, kde věci ještě fungují rozumně.
Kromě již zmíněného ERC grantu a Neuron Impulzu se vám dostalo dalšího uznání a byl jste přijat za člena Učené společnosti České republiky. Co to pro vás znamená?
Dostat se do společnosti předních českých vědců je opravdu obrovská pocta. Za jeden z přínosů mého členství považuji skutečnost, že se budu moci potkávat s odborníky z různých vědních disciplín, což člověka vždy obohatí. Jedním z cílů Učené společnosti je přispívat ke kultivaci vědeckého prostředí, zvyšovat povědomí veřejnosti o vědě, zapojovat se do veřejného diskurzu. Tyto věci ve své vědecké kariéře neopomíjím. Učená společnost by možná měla zvýšit povědomí o vlastní existenci a více se zapojit do debaty ohledně různých společensky významných otázek. Může nabídnout různé pohledy od erudovaných odborníků, kteří mohou přijít s pádnými argumenty, návody a přispět ke kultivované diskuzi. Až už se jedná například o problematiku stavu české vědy či obecnější témata globálního oteplování, migrace a další.
V jednom z rozhovorů jste řekl, že věda vám přináší adrenalin i frustraci. Obojí zřejmě potřebuje následnou relaxaci. Jak odpočíváte?
Relaxuji u vaření a strašně mě to baví. Nedávno jsem absolvoval velmi inspirativní kurz na přípravu hamburgerů ve špičkové kuchyni. K tomu se nyní přidalo více sportu, kterému se věnuji se synem. Jezdíme na kole, hrajeme kopanou, florbal. Každý týden se snažím ujet na kole tak 200 kilometrů, ne vždycky se to podaří. Člověk si u toho skvěle vyčistí hlavu.