Siemens Česká republika

Nominace Ceny Wernera von Siemense 2014

Nejvýznamnější výsledek základního výzkumu

Název: Zařízení pro dopravu vodných elektrolytů v mikro- a nanofluidních systémech pomocí vkládaných elektrických polí

Tým: doc. Ing. Michal Přibyl, Ph.D.
 

S rostoucím významem mikro- a nanotechnologií v aplikacích, jako jsou elektrochemické mikrofluidní biosenzory a diagnostické systémy, vzniká potřeba účinně ovlivňovat a řídit transport tekutin na malém prostorovém měřítku.

Výzkumný tým docenta Přibyla se zabývá studiem transportu vodných elektrolytů vlivem působícího elektrického pole v mikrofluidních čipech dlouhodobě. Během jejich výzkumů se jim podařilo vyvinout matematický model reakčně-transportních procesů s využitím Poissonovy rovnice, který umožňuje kvantitativně predikovat chování elektrolytů v systémech s velmi malým charakteristickým rozměrem a velmi vzdálených od termodynamické rovnováhy.

Výsledky skupiny jsou unikátní hned z několika hledisek. Jedná se totiž o vůbec první úspěšnou analýzu tohoto typu matematického modelu v kontextu elektroosmotických čerpadel buzených střídavým elektrickým polem. Jako jediný také docent Přibyl a jeho kolegové zkoumali účinnost elektroosmotických čerpadel z hlediska množství vložené a využité energie. Podařilo se jim také nalézt uspořádání, ve kterých mohou tato čerpadla bez pohyblivých částí překonávat protitlaky v řádu megapascalů.

 

Název: Model rekonstrukce glykémie z hodnot CGMS senzoru v podkoží

Tým: Ing. Tomáš Koutný, Ph.D.
 

V roce 2013 bylo na světě odhadem 382 miliónů lidí nemocných diabetem, tedy cca 8,3 % světové populace. Asi 5,1 miliónů lidí této nemoci podlehlo, což zařadilo diabetes na osmé místo v příčinách úmrtí. Diabetický pacient musí svůj aktuální stav kontrolovat pomocí samoměření krve, na jehož základě si dávkuje inzulin. Jednou za čas je pak pacient detailně monitorován systémem kontinuálního měření glukózy, který měří její koncentraci v podkoží každých 5 minut oproti asi 4 samoměřením z krve denně. Nízká frekvence samoměření tak nedokáže zaznamenat všechny důležité změny koncentrace glukózy v krvi. Navrhovaná práce představuje fyziologický model, který lékaři umožní věrnější pohled na vývoj koncentrace glukózy v krvi, než jaký mu v současnosti poskytují pouze hodnoty samoměření a kontinuálního měření v podkoží. Nemalým přínosem je i to, že model umožňuje vypočítat koncentraci glukózy v krvi z hodnot naměřených v podkoží, a nepřináší tak žádné další nároky na měření oproti stávajícím standardům.
   

Název: 3D modelování procesu filtrace přes polymerní nanovláknové filtry vyrobené elektrostatickým zvlákňováním

Tým: M.Sc. Wannes Sambaer, Ph.D., prof. Ing. Martin Zatloukal, Ph.D.

Nanovláknové netkané textilie mají velký potenciál. Jejich uplatnění je možné v řadě oblastí - od filtrace vzduchu a tekutin, přes tkáňové inženýrství, až po hojení ran a zdravotnické ochranné oděvy. Velmi slibnou oblastí pro masové využití polymerních nanovláken je výroba filtračních substrátů a membrán vykazujících jak vysokou prodyšnost, tak filtrační účinnost. Jedním z klíčových problémů pro detailní pochopení principu filtrace je jak nemožnost vytvořit reprezentativní 3D model reálného nanovláknového filtru, tak absence dostatečně realistického modelu filtrace. Současný výzkum se proto dosud provádí pouze na virtuálních a zidealizovaných nanovláknových strukturách. Wannes Sambaer a Martin Zatloukal v přihlášené práci představují nový způsob modelování procesů filtrace přes polymerní nanovláknové filtry připravené pomocí elektrostatického zvlákňování. Tento způsob využívá realistický 3D model filtru, který byl získán specifickým postupem ze snímků skenovacího elektronového mikroskopu. Metodika pro získání realistického 3D modelu nanovláknového filtru v kombinaci s modelováním procesu filtrace je využitelná jak k detailnímu porozumění základních principů, faktorů a vlivů jednotlivých parametrů na průběh samotné filtrace, tak k návrhu či optimalizaci struktury nanovláknových filtrů pro konkrétní aplikaci.

Nejvýznamnější výsledek vývoje - inovace

Název: Interakční komora pro aplikace spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS)

Tým: prof. Ing. Jozef Kaiser, Ph.D.


Předmětem práce profesora Kaisera a jeho týmu je interakční komora, jež byla vyvinuta pro potřeby materiálové analýzy technikami laserové spektroskopie. Komora byla navržena se zaměřením na spektroskopii laserem indukovaného plazmatu (LIBS). LIBS je v podstatě atomovou emisní spektroskopií, přičemž jako excitační zdroj je využit fokusovaný laserový puls. Tato technika prvkové materiálové analýzy disponuje řadou předností, které jsou důvodem její rapidně rostoucí oblíbenosti.

K plnému využití potenciálu metody LIBS je však nezbytná vhodná instrumentace. Interakční komoru tvoří masivní korpus, inspirovaný zařízením firmy Tescan, který byl speciálně navržen pro potřeby techniky LIBS. V centru je motorizovaný manipulátor a podstatnou součástí komory je řada optomechanických systémů pro fokusaci laserových svazků, náhledy na vzorek z více úhlů, sběr emitovaného záření, řada dalších vstupních/výstupných průchodek, aj. Komora je navíc vybavena systémem pro regulaci tlaků v rozsahu 1-1300 mbar.

Komora ve své výsledné podobě plní v první řadě bezpečnostní funkci uzavřením interakce laserového pulzu se vzorkem. Umožňuje simulovat různé tlakové podmínky a čerpat atmosféry vzácných plynů. Vyvinutý ovládací/analyzační software je vybaven funkcí autofokus laserového pulzu a umožňuje automatizovat tvorbu 2D chemických map. Velké množství průchodek a redukcí dovoluje snadnou rekonfiguraci systému za účelem realizace více-pulzních technik či kombinace LIBS s laserovou fluorescencí, infračervenou či Ramanovou spektroskopií.

Hlavní přínos komory je dán výrazným zefektivněním výzkumu v oblasti metody LIBS, jejíž aplikační směry jsou nyní zacíleny zejména na oblasti rychlé materiálové analýzy v průmyslu či ve stavebnictví, kontroly kvality, identifikace geologických materiálů pro těžařský průmysl, dále na ochranu životního prostředí, pro forenzní analýzu či vesmírný výzkum.
 
  

Název: Moderní biotechnologie využívající enzymatickou aktivitu dehalogenas

Tým: doc. RNDr. Zbyněk Prokop, Ph.D.


Předkládaným výsledkem několikaleté výzkumně-vývojové práce autora a jeho kolektivu jsou tři nové moderní biotechnologie založené na aplikaci bakteriálních enzymů halogenalkan dehalogenas (EC 3.8.1.5) a nová metoda stabilizace enzymů v podmínkách klíčových pro biotechnologické aplikace.

První z nich je enzymatická neutralizace chemické zbraně Yperit. Jedná se o šetrnou, nekorozivní technologii využívající biologický enzymatický katalyzátor „Yperzyme“. Technologie je určena pro ochranu lidského zdraví v civilní obraně a dekontaminaci citlivých povrchu vojenské techniky (např. jemná optika a elektronika). Prototyp „Yperzyme“ dekontaminačního kitu podstoupil testování v laboratořích NATO.Dále autor představil enzymatický optický biosenzor k detekci toxických látek v průmyslu a životním prostředí. Tento nový senzor byl vyvinut jako alternativa konvenčních analytických metod a nabízí vysokou rychlost a nízkou cenu analýz.

Třetí technologií je enzymatická syntéza opticky čistých látek, která využívá nově objevené vlastnosti enzymu EC 3.8.1.5., vysoké stereoselektivity jejich reakce, k přípravě stavebních bloků při výrobě speciálních chemikálií, především farmaceutik.

Jako poslední přihlásil docent Prokop novou metodu termo-stabilizace proteinu, která byla vyvinuta ke stabilizaci enzymů/proteinů vůči teplotě a účinku organických rozpouštědel v biotechnologických procesech.

  

Název: Rezistometrický senzor pro měření korozní rychlosti v atmosféře

Tým: Ing. Milan Kouřil, Ph.D.

V rámci projektu Musecorr podporovaného Evropskou komisí byl vyvinut a uveden na trh sytém umožňující s vysokou citlivostí detekovat korozní úbytky různých kovů exponovaných v atmosféře. Toto měření korozních úbytků je založeno na principu změny elektrického odporu kovové stopy senzoru. Autor, Milan Kouřil, v tomto projektu vyvíjel technologii depozice kovové stopy senzoru a optimalizoval design čidla tak, aby systém dosáhl maximální citlivosti a přesnosti. Výsledkem je široké spektrum senzorů jak z hlediska materiálového, tak z hlediska citlivosti a životnosti. Senzory mohou pracovat ve vysoce agresivních podmínkách průmyslových atmosfér a provozů nebo naopak ve velice mírných atmosférách archivů, muzeí a depozitářů, kde jsou schopny zaznamenat korozní úbytky na atomární úrovni. Systém AirCorr se tak komerčně uplatňuje pro korozní monitoring v oblasti ochrany citlivých elektronických zařízení, ochrany kovových památek, transportu kovových výrobků na dlouhé vzdálenosti, vývoje materiálů a konstrukčních prvků v automobilovém a leteckém průmyslu, ochrany úložných zařízení a v neposlední řadě v korozní vědě.

12.01.2015 | Author: Lenka Bernklauová