Průmyslová výroba nanodiamantů na dosah díky objevu z ÚOCHB AV ČR

Mezinárodní tým vědců ze tří kontinentů vedený Petrem Cíglerem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR vyvinul metodu, která zvládne během několika minut vytvořit v nanodiamantech svítivá kvantová centra. Během jediného týdne vyrobí takové množství materiálu, které by se běžně užívaným způsobem připravovalo víc než čtyřicet let. Vzniklé nanodiamanty mají navíc lepší optické i kvantové vlastnosti. Díky jejich průlomovému objevu jsme o krok blíž průmyslové výrobě kvalitnějších a dostupnějších kvantových nanodiamantů, které mají široké využití ve výzkumu i v technologiích. Článek otiskl respektovaný vědecký časopis Advanced Functional Materials.

Vědci představili nový postup nazvaný PTQ (Pressure and Temperature Qubits) trvající pouhé čtyři minuty. Diamantový prášek se vloží do lisu, který vyvine velmi vysoký tlak a teplotu, čímž napodobuje podmínky panující hluboko v zemském plášti. V nanodiamantech následně vzniknou kvantová centra (tzv. NV centra). Aby se částice nespekly dohromady, přidává se obyčejná kuchyňská sůl, která se při zahřívání roztaví a vytvoří ochranné prostředí. Po skončení procesu se sůl jednoduše odstraní vodou a zůstane čistý, zářící materiál.

„Dokázali jsme přípravu kvantových center v nanodiamantech víc než tisíckrát zrychlit oproti standardnímu postupu. Dosud bylo nutné ozařovat diamantový prášek svazkem nabitých částic po dobu dvou týdnů a potom jej žíhat při vysoké teplotě. Výsledkem byl přitom jen necelý gram použitelného materiálu. Teď jej umíme vyrobit v kilogramech,“ upozorňuje první autor studie, postdoktorand z Cíglerovy skupiny, Dr. Michal Gulka,  

Nanodiamanty jsou částice drobnější než virus, které se využívají k pokročilé diagnostice pro měření magnetických polí, náboje či teploty. Jako citlivý senzor fungují díky NV centru (nitrogen vacancy center), což je atom dusíku vedle prázdného místa v diamantové mřížce, v němž chybí atom uhlíku. NV centrum je fluorescenční, což znamená, že po ozáření vydává světlo. Intenzitu a dobu trvání světla ovlivňují změny v jeho okolí, proto nanodiamanty dokážou zaznamenat dokonce jednotlivé molekuly nebo měřit teplotu uvnitř buněk.

Zásadní podíl na projektu má americká firma MegaDiamond, která plánuje nastartovat průmyslovou výrobu těchto nanosenzorů. Petr Cígler k tomu dodává: „Díky novému postupu můžou laboratoře i firmy na celém světě získat velké množství velmi kvalitních nanodiamantů s NV centry, což otevírá dveře novým technologiím. Od precizních senzorů pro lékařskou diagnostiku až po lokální detektory molekul využívající například principy magnetické rezonance.“

Studie vznikla i díky projektu AMULET, který se zaměřuje na vývoj víceškálových nanomateriálů a spojuje osm partnerů pod vedením Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského. AMULET získal finanční podporu z operačního programu Jana A. Komenského spravovaného MŠMT v kategorii Špičkový výzkum.

Původní článek: Bao, Y., Gulka, M., Kumar, P., Copak, J., Balasubramanian, P., Mindarava, Y., Blinder, R., Olney‐Fraser, M., Wen, H., Spanielova, H., Zeng, H. Z. J., Whitefield, B., Aharonovich, I., Hruby, J., Jelezko, F., Belnap, J. D., Chang, S. L. Y., & Cigler, P. (2025). Quantum‐Grade Nanodiamonds from a Single‐Step, Industrial‐Scale Pressure and Temperature Process. Advanced Functional Materials, e20907. https://doi.org/10.1002/adfm.202520907

Kontakt:

Veronika Sedláčková
ÚOCHB – Komunikace
veronika.sedlackova@uochb.cas.cz
mob: +420 602 160 135

Přečtěte si také

• V pondělí startuje festival Týden Akademie věd ČR
• Akademie věd ocení excelentní vědce i výjimečné mladé talenty
• Otevřít archiv TGM 21. století. Vědci spojují síly s Českou spořitelnou
• Vznik života na Zemi a možná i jinde ve vesmíru zkoumá projekt PROTOCELL
• Může česká ekonomika vyrůst z dluhu?
• Věda pro praxi: ekologický plovoucí čistič vody hledá partnery pro testování
• Vědci odhalili buňky, které pohánějí zánět u roztroušené sklerózy
• Zarůstání středomořské krajiny ohrožuje unikátní noční motýly
• Vydavatelé etnologických časopisů se dohodli na vzájemné spolupráci
• Když příroda hází kostkou: nepředvídatelnost prostředí mění růst čolků