Výsledky soutěže o nejlepší práci mladých autorů v oboru spektroskopie 2025 - 3. místo v Kategorii B

Soutěž o nejlepší práci mladých autorů v oboru spektroskopie byla i letos nedílnou součástí lednového zasedání Hlavního výboru Spektroskopické společnosti. Letošní ročník hostila tradičně Univerzita Pardubice a do soutěže bylo přihlášeno dvacet soutěžících, z toho sedm v kategorii A a třináct v kategorii B. Počet přihlášených prací tak znovu potvrdil, že tato soutěž zůstává pro mladé autory atraktivní a stabilně vyhledávanou příležitostí k odborné prezentaci. 

Nad průběhem soutěže dohlížela čestná předsedkyně doc. Ing. Anna Krejčová, Ph.D. Samotný program pak dobře ukázal šíři současného spektroskopického výzkumu, přičemž jednotlivé směry a metody byly zastoupeny poměrně vyrovnaně. Soutěžní blok navíc nepředstavoval pouze přehled jednotlivých výsledků, ale poskytl i přehled o rozmanitosti metodických přístupů a aplikací současné spektroskopie.

V kategorii A, zaměřené na diplomové práce, porota udělila první místo Ing. Janě Knytlové z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze za práci na téma „Ambientní hmotnostní spektrometrie pro analýzu selektivních modulátorů androgenního receptoru“. Druhé místo získal Filip Jozefov z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR za práci „Predikce molekul z vícestupňové hmotnostní spektrometrie pomocí grafových neuronových sítí a AI modelu DreaMS“ a třetí místo pak Mgr. Lucie Březinová z Ústavu analytické chemie AV ČR za práci „Začlenění stříbrných nanostruktur do kapilárního prostředí pro detekci povrchem zesílenou Ramanovu spektrometrii“.

V kategorii B publikovaných prací obsadil první místo Dr. rer. nat. Marius Constantin Chirita Mihaila z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze za práci „Light-based Aberration Correction in Electron Optics for Advanced Spectroscopic Applications“. Na druhém místě se umístila Mgr. Markéta Bosáková, Ph.D. z Ústavu chemie Masarykovy univerzity za práci „Acoustic spectroscopy of laser-induced plasma“ a třetí místo obsadil Mgr. et Mgr. Vít Pavelka, Ph.D. z Ústavu analytické chemie AV ČR za práci „Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie snadno a spolehlivě“.

Soutěž opět potvrdila svou roli důležité platformy pro prezentaci kvalitních prací mladých autorů a pro odbornou diskusi napříč spektroskopickými obory. Poděkování patří všem soutěžícím za předložené práce, hodnotitelům za pečlivé posouzení příspěvků a oceněným autorům náleží blahopřání k dosaženým výsledkům.

Kategorie B - 3. místo

Povrchem zesílená Ramanova spektroskopie snadno a spolehlivě

• Mgr. et Mgr. Vít Pavelka, Ph.D. (Ústav analytické chemie AV ČR, v. v. i., Oddělení bioanalytické instrumentace)
• E-mail: [email protected]

Seznam soutěžních prací: 

1. Pavelka, V.; Dvořák, J.; Čupera, J.; Hemzal, D.; Hrbáč, J. Fabrication of SERS Substrates by 3D-Positioned Spark Discharges: Advanced Performance Refinement Using Raman Mapping of Adenine and Its Derivatives J. Raman Spectrosc. 2025, 56 (9), 850-859.
2. Pavelka, V.; Hemzal, D.; Hrbáč, J. Complex evaluation of Raman spectra using morphological filtering: Algorithms, software implementation, and experimental verification of baseline correction, peak recognition, and cosmic ray removal in SERS of designer drugs J. Raman. Spectrosc. 2022, 53 (12), 2100-2109.

Předložené práce zahrnují dvě strany téhož: jak spolehlivě zpracovat Ramanova/SERS data, a jak mít cenově dostupné a spolehlivé SERS substráty. 

Ve starší práci představuji jednoduchý, ale účinný způsob zpracování SERS/Ramanových spekter založený na morfologických operátorech. V jednom běhu zvládne odečtení pozadí i rozlišení signálů – a to bez nutnosti dohledu uživatele. Klíčové je dvouprůchodové schéma: nejprve jsou spočteny linie signálů a základní linie a poté zpřesněny jejich hranice (pomocí tzv. kontaktních bodů). Výhodou je rychlost a spolehlivost i pro velké datové sady, např. mapy nebo časové řady. Metodu jsme demonstrovali pomocí spekter vybraných syntetických drog, kde vedla i ke spolehlivějším shodám s databází. 

Vít Pavelka: Obr. 1: Morfologické filtrování jako dvojí klasifikátor: Demonstrace celkového zpracování SERS otisků prstů βk-MBDB jako syntetické drogy za využití linie signálů (ω1) a základní linie (ω2). Vložený obrázek ukazuje normalizovanou ROC křivku spektra, která je barevně kódované dle dvou nastavitelných parametrů. Pro přijaté signály jsou vyznačené polohy maxim. Spodní čáry zobrazují jednobodové rozdílové spektrum v intervalech vyhodnocených jako pozadí (černých) a zavržených signálů (šedých).

Novější práce popisuje přímou přípravu SERS substrátů jiskrovými výboji pomocí 3D pozicionéru. Metoda je levná a obejde se bez chemických postupů přípravy: vysokonapěťový výboj mezi stříbrným hrotem a vodivým substrátem „natiskne“ vrstvu nanostruktur. Takto připravené substráty byly charakterizovány (mikroskopií v tmavém poli, elektronovou mikroskopií, UV-VIS spektroskopií a cyklickou voltametrií) a výsledné zesílení optimalizováno pomocí mapování Ramanových spekter adeninu (~16k spekter na jedno měření). Pro vyhodnocení byly použity dvě veličiny: 

• Ramanova odezva – plocha dominantního signálu adeninu (~733 cm-1)
• Pokrytí aktivními místy – Podíl spekter s detekovatelným signálem adeninu 

Tento postup umožnil vybrat vhodné parametry jiskření a posunout citlivost k velmi nízkým koncentracím (10^-11 M adeninu). Na optimalizovaných podložkách byla pak naměřena a rozlišena i spektra několika derivátů adeninu, což demonstruje jejich kvalitativní využitelnost. 

Vít Pavelka: Obrázek 2: Detekce adeninu a jeho derivátů: Spektra nízkých koncentrací adeninu po automatickém odečtení pozadí (nalevo) a vybrané deriváty adeninu měřené při koncentraci 2 μM (napravo); hvězdička označuje polohu pozůstatku křemíkového signálu.

Oba popsané postupy (automatické zpracování spekter i tvorba substrátů) jsou replikovatelné, finančně i technicky dostupné a vhodné pro laboratoře, které potřebují provádět vysoké množství SERS experimentů za rozumnou cenu a s adekvátním lidským úsilím při zpracování statisíců spekter.