Ocenenie Mladá osobnosť vedy 2014 ste získali za výskum v oblasti elektrochemickej charakterizácie biologicky aktívnych látok. Čo si pod tým môžeme prestaviť?
Biologicky aktívna látka je v každá látka, ktorá vykazuje určitý vplyv na zdravie človeka, alebo životné prostredie. Ide napríklad o látky prítomné v potravinách, vo vode a podobne. Jednou z možností ako ich charakterizovať je elektrochemická charakterizácia, pri ktorej sledujeme či má daná látka schopnosť elektrochemicky sa oxidovať alebo redukovať.

Čo to znamená?
Keď redukujeme hmotnosť, tak znižujeme svoju váhu. Rovnako je tomu v elektrochémii, ale tam sa hovorí o oxidačných stavoch (dochádza k výmene elektrónov). Keď sa daná látka redukuje, tak prechádza z vyššieho na nižší oxidačný stupeň. Keď sa naopak oxiduje, tak prejde z nižšieho na vyšší stupeň. To sa v elektrochémii prejaví buď oxidačným alebo redukčným píkom vo vyhodnocovanom zázname, takzvanom voltampérograme. Na základe jeho polohy môžeme za určitých okolností určiť o akú látku ide a podľa jeho výšky zase vieme určiť koľko jej tam je.

Súčasťou vašich výskumných aktivít bolo napríklad zisťovanie množstva kofeínu v káve – prečo je to dôležité vedieť?
Nikto z nás nepozná množstvo kofeínu, ktoré sa nachádza v Coca-Cole, Kofole, energetických nápojoch, káve či čajoch. Na internete viete zistiť koľko kofeínu by mal daný produkt obsahovať, ale vždy je to iba istý rozsah hodnôt. Sledovali sme napríklad aj bezkofeínové kávy, u ktorých už samotný názov naznačuje, že by kofeín obsahovať nemali, ale naše experimenty ukázali, že v určitých množstvách sa tam nachádza. Je to teda dôležité pre zisťovanie kvality produktu. V slovenskej Coca-Cole je iné množstvo kofeínu ako v Nemecku, Rakúsku, či iných európskych štátoch.

Podobný postup ste uplatnili aj v analýze nikotínu v tabakových výrobkoch a v nikotínových žuvačkách. Na čo ste prišli? Zhodovali sa výsledky s tým, čo výrobcovia uvádzajú na obaloch?
Nikotín je z elektrochemického hľadiska komplikovaný analyt, pretože sa oxiduje pri veľmi vysokých kladných potenciáloch. To znamená, že je veľmi ťažké určiť jeho obsah pomocou elektroanalytických metód. Naše metódy však využívajú bórom dopované diamantové elektródy, ktoré to vďaka svojim výborným vlastnostiam dokážu.

Na obale máte udané, koľko miligramov nikotínu sa v jednej cigarete nachádza. My však musíme použiť takzvanú reprezentatívnu vzorku. Vezmeme napríklad desať cigariet z jednej krabičky, zvážime ich, zmiešame analyzujeme istú časť – reprezentatívnu vzorku. Až potom môžeme povedať, že sa v krabičke skutočne nachádza dané množstvo nikotínu. Pri cigaretách sme využitím bórom dopovaných diamantových elektród zistili výbornú zhodu s údajmi, ktoré uvádza výrobca, vďaka čomu sme si tiež overili, že naša metóda funguje.

Čiže ste tieto experimenty robili preto, aby ste overili funkčnosť svojej metódy?
Áno, aby sme potvrdili, že je aplikovateľná a že bude správne fungovať. Potrebujeme porovnávaciu metódu, aby sme vedeli, či je náš výsledok správny. Môžeme pokus niekoľkokrát zopakovať a výsledok bude stále rovnaký, ale čo keď robíme stále tú istú, systematickú chybu? Porovnávacou metódou môže byť každá iná analytická metóda alebo postup, najčastejšie kvapalinová alebo plynová chromatografia, prípadne spektrálne metódy (alebo ich spojenie). Ak budú výsledky analýzy potvrdené niektorou z týchto metód, tak ich môžeme považovať za správne.

Chcete túto metódu prispôsobiť aj pre využitie na komerčnom trhu?
Bol by som najradšej, keby všetky nami vyvinuté metódy nezostali len na pôde vedecko-výskumných laboratórií, ale využívali sa aj v praktických, analytických laboratóriách, kde by elektroanalytické metódy rozhodne mali mať širšie zastúpenie. Ale to je len „hudba budúcnosti“, pretože v súčasnosti dominujú chromatografické a spektrálne metódy.

Prečo teda pracujete na novej metóde, keď sa dané analýzy dajú robiť aj ináč?
Tieto rutinné metódy fungujú veľmi dobre. My sa však naším výskumom snažíme konkurovať niečím novým,  lacnejším, rýchlejším, jednoduchším, a poviem to trochu prehnane – blbuvzdornejším, aby boli metódy prístupnejšie pre ľudí a mohli ich využívať aj priamo doma bez toho, aby bližšie rozumeli danému fyzikálno-chemickému princípu.
Chromatografické metódy sú veľmi sofistikované, ale pre bežných užívateľov často nedostupné, navyše vyžadujú drahé prístrojové vybavenie.. Neobjavujeme žiadnu Ameriku, hľadáme len rýchlejší a lacnejší spôsob, ktorý pochopí aj bežný smrteľník.

Kde všade ste sa vám to okrem potravinárskej sféry podarilo využiť?
Sú tri hlavné oblasti, v ktorých by sa naše elektroanalytické metódy dali využívať. Jednou je aj klinická a farmaceutická analýza, kde vieme zistiť napríklad množstvo penicilínu či vitamínov. Zamerali sme sa aj na niektoré drogy, ako napríklad metamfetamín, ale aj na lieky, ktoré sa používajú na liečenie anginy pectoris, či dopamín a adrenalín, ktoré sú ako neurotransmitery tiež veľmi zaujímavé.

Keďže ste skúmali ich množstvo – kde sa tieto látky nachádzali?
 Skúmame ich obsah vo farmaceutických prípravkoch a v biologických vzorkách. Ale vzhľadom na to, že na prácu s krvou nemáme atestáciu, robíme s takzvanými modelovými vzorkami moču. Každý z mojich študentov analyzuje aj svoj vlastný moč. Na analýzu nám zvyčajne stačí pár mililitrov, pričom študentom vždy pripomínam, že ak budú robiť niekde v praxi, môže sa stať, že budú musieť analyzovať aj nepríjemnejšie biologické substancie. Analýza vlastného moču teda nie je nič hrozné.

Kde sa táto metóda naopak uplatniť nedá?
V analytickej chémii existuje pojem detekčný limit, čo je najnižšia možná koncentrácia, ktorou sa dá spoľahlivo detegovať daný analyt. V elektroanalytickej chémii sa tento parameter pohybuje na úrovni zhruba 10-6 až 10-12 mol/l, v závislosti od typu analytu. Sú to veľmi nízke koncentrácie, ktoré si možno nevieme ani predstaviť. Chromatografické metódy sa však vedia dostať až na ultrastopovú koncentračnú úroveň 10-12 až 10-15 mol/l, čo je pre nás v elektrochémii viacmenej nepredstaviteľné.

To boli farmaceutiká a potraviny – aká je tretia oblasť využitia vašich metód?
Životné prostredie. Starí rodičia mali celý život studňu a  vodu z nej používali na všetko vrátane konzumácie. Keď stará mama pred niekoľkými rokmi zomrela, rozhodol som sa preskúmať koľko je v nej ťažkých kovov.
Keďže dom bol vedľa cesty, predpokladal som výskyt olova, ďalej tam mohlo byť kadmium, nikel alebo dusičnany či dusitany z hnojenej pôdy. Keď som ale zistil, čo všetko sa tam nachádzalo, neveril som vlastným očiam. Možno preto sa babka dožila 90 rokov.

Dá sa takto zisťovať aj výskyt pesticídov?
Samozrejme. Pri hnojení a postrekoch sa pesticídy dostávajú do pôdy, kde sa kumulujú. Z pôdy idú do spodných a úžitkových vôd, z ktorých sa môžu napiť hospodárske zvieratá. Ich mäso potom konzumujeme a niektoré pesticídy sa tak cez potravinársky výrobok môžu dostať až do ľudského organizmu. Ak sú koncentrácie takýchto látok v organizme vysoké, môžu sa vyskytnúť vážne zdravotné problémy.
Pesticídy sa v životnom prostredí kumulujú a môžu mať negatívny dopad na zdravie človeka, preto sú niektoré z nich zakázané. Napríklad atrazín, ako takzvaný endokrinný disruptor je v EÚ zakázaný od roku 2004, ale v životnom prostredí sa ešte stále nájdu jeho stopové koncentračné hladiny.

Existujú prípady, kedy žaby žili vo vode kontaminovanej atrazínom (čo je herbicíd), a tak to deformovalo ich hormonálny systém, že začali meniť svoje pohlavie na opačné. Toto prirodzene nastoľuje otázku vývoja nových (elektro)analytických metód na stanovenie atrazínu a iných pesticídov. Tento výskum je opodstatnený a dodnes vysoko aktuálny.

Foto: Archív Ľubomíra Švorca

Prečo sa musí diamant dopovať bórom?
Diamant je známy tým, že je na vrchole stupnice tvrdosti. Jeho nedostatkom však je, že je to dokonalý izolant, nie vodič. Nemožno ho použiť ako elektródu, lebo nevedie elektrický prúd. Ak ho však dopujete nejakými prvkami, napríklad bórom, fosforom, či dusíkom, tak sa z neho stáva polovodič, pričom za určitých okolností vykazuje kovové vlastnosti. Najlepší sa ukázal byť bór - bórom dopovaný diamant je v súčasnosti jeden z najlepších elektródových materiálov na svete.

Na začiatku sme komerčné bórom dopované diamantové elektródy kupovali z Anglicka. Od roku 2012 však spolupracujeme s Ústavom elektroniky a fotoniky na Fakulte elektrotechniky a informatiky STU, kde nám vedeckí pracovníci vedia vyrobiť tieto elektródy na mieru. V tejto súvislosti si veľmi cením spolupráce s Dr. Vojsom a Dr. Martonom.  

Prečo sa využíva práve diamant, keď by sme o ňom mohli povedať, že má úplne opačné vlastnosti?
Je biokompatibilný a dostatočne mechanicky odolný, čo je veľmi dôležité pre meranie v živých systémoch. Ak by ste mali diamantové kĺby, bola by to veľmi drahá záležitosť, ale bezproblémová, lebo vaše telo by ich prijalo. Ďalšou výhodou je chemická stabilita. Diamant môžete používať v kyslom, či zásaditom prostredí, alebo v toxických rozpúšťadlách a elektróde sa nič nestane. Tradičné uhlíkové elektródové materiály by takúto záťaž po čase nevydržali.

Diamant má tiež najširšie potenciálové okno, čo znamená, že sa dá aplikovať aj na analyty, ktoré sa oxidujú alebo redukujú pri vysokých potenciáloch. To sú práve tie, ktoré nás zaujímajú najviac – penicilín, metamfetamín, kodeín, kofeín, nikotín a podobne. Na tie nemôžeme použiť klasické elektródové materiály respektíve je ich použitie veľmi obmedzené.

Spomínali ste, že jednou z výhod vašich metód je potreba menšieho priestoru...                                                                                                                                                                                Technológiu chceme absolútne miniaturizovať. Diamant v elektróde by mal dosahovať len mikro až nano rozmery, aby sme vytvorili ľahko prenosné zariadenia, ku ktorým budeme potrebovať len notebook alebo tablet. S takýmto zariadením vieme ísť na kontaminované miesto a podľa potreby vykonať analýzu. Podobne by to mohlo fungovať aj v živom organizme, kde by sme vybrané látky vedeli sledovať rovnako ako s glukomerom.

Čo vám prinieslo ocenenie Mladý vedec roka?
Päť minút slávy? Teší ma to z viacerých hľadísk, aj preto, že to potešilo rodičov, ktorí ma vychovali a vždy podporovali v štúdiu. Ďalej si však na tom cením, že bakalársku, diplomovú a dizertačnú prácu som vypracoval úplne v inej oblasti analytickej a fyzikálnej chémie. Samotnej elektrochémii som sa začal serióznejšie venovať až v rokoch 2009-2010.  Za tých päť rokov sme v našom laboratóriu dosiahli vynikajúce výsledky.
V neposlednom rade má na to zásluhu práca s mladými ľuďmi – keby nebolo študentov, tak by nebolo ani toto ocenenie. Preto patrí všetkým, ktorí pracovali a pracujú v našom laboratóriu.
Laboratórium, v ktorom pôsobíte, ste v podstate oživili až keď ste dokončili svoje doktorandské štúdium.

Toto laboratórium chátralo, sám som sa určitý čas musel učiť ako s tým všetkým pracovať. Vymyslel som si tému, po čase zohnal študentov a dnes máme problémy s kapacitou, keďže záujem je veľký a počet elektochemických prístrojov podstatne menší. Práca s mladými ľuďmi ma však stále veľmi baví.

Študentské práce nemusia byť vždy dokonalé, ale snažím sa uplatňovať pravidlo, že výsledky každej práce by mali byť publikované vo vedeckých karentovaných časopisoch. To je jediný spôsob ako môžeme konkurovať európskej či svetovej vede. Ak výsledky ostanú „v šuflíku“, aký to má význam? Nech odborná či laická verejnosť vie, čo sa na Slovensku vyvíja. Len tak sa môžeme posunúť ďalej.