Laureát Ceny Neuron za přínos světové vědě za rok 2016 - Josef Michl

Chemik profesor Josef Michl patří mezi nejcitovanější české vědce. Po okupaci v srpnu 1968 zůstal v zahraničí. Působil na vysokých školách v Dánsku a v USA, od roku 1991 přednáší na University of Colorado Boulder. Vede tým, který vytvořil chemickou stavebnici z molekul, a zkouší vyvinout materiály pro účinnější a levnější solární panely. Je autorem stovek vědeckých prací, několika knih a patentů. Nyní převzal Cenu Neuron za přínos světové vědě v oboru chemie.

Stavebnice z molekul a mobily miniaturní?

Kdy vás poprvé zaujala chemie?

Na základní škole. Paní učitelka Matoušová, která nás učila chemii ve 4. B, jednou dala do zkumavky trošku manganistanu draselného a zahřála ho nad kahanem. Pak do zkumavky ponořila doutnající špejli, která vzplála jasným plamenem. Udělalo to na mě ohromný dojem a tehdy jsem si řekl: „Tuhle vědu chci dělat.“ Shodou okolností mi krátce poté jeden starší kluk ze sousedství věnoval svoji domácí laboratoř. Měl jsem ji v takové malé komůrce bez jakéhokoli větrání. Do dneška mi není jasné, že jsem se tam neotrávil.

Měl jste hodně tolerantní rodiče?

Dodnes obdivuji, že to se mnou vydrželi, byli skvělí. Jednou čpěly záclony a koberce několik týdnů po hořkých mandlích, protože se do nich natáhl nitrobenzen. Jindy jsem dělal pokusy se sirovodíkem – po bytě se šířil zápach zkažených vajec. Jenom jednou se maminka rozplakala: když zjistila, že jsem rozpustil památeční stříbrnou lžičku. Potřeboval jsem tenkrát nutně dusičnan stříbrný.

Patříte mezi nejcitovanější české vědce. Vytvořil jste molekulární stavebnici, jejíž jednotlivé díly mají rozměry miliardtin metru. Jak si mám tuto konstrukci představit?

V roce 1986 mě na univerzitě v Texasu napadlo vytvářet z chemických sloučenin krátké a dlouhé tyčinky doplněné na konci špulkami. Byly to jakési činky o velikosti do dvou nanometrů. V osmdesátých letech jsem dostal další nápad – vyrábět z těchto stavebnicových molekul rotory, tedy něco, co se může točit.

prof. Josef Michl, Ph.D.

• Josef Michl (1939, Praha) absolvoval chemii na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy, po promoci se stal doktorandem kvantového chemika Rudolfa Zahradníka v Ústavu fyzikální chemie ČSAV.
• Od roku 1965 pracoval na univerzitách v Houstonu a v Austinu.
• V roce 1967 se vrátil do Čech a pokračoval s profesorem Zahradníkem v práci na knize o kvantové organické chemii.
• Roku 1968 odjel na letní školu kvantové chemie do Norska. Po okupaci Československa vojsky Varšavské smlouvy v srpnu 1968 zůstal v zahraničí a působil jako odborný asistent na univerzitě v Dánsku. Poté se stal profesorem v Utahu na univerzitě v Salt Lake City.
• V roce 1986 přijal místo na Texaské univerzitě v Austinu.
• V roce 1991 se přestěhoval na University of Colorado Boulder, zde také vede svoji výzkumnou skupinu.
• V roce 1986 byl zvolen členem Národní akademie věd Spojených států amerických, jejíž chemickou sekci tvoří zhruba 160 nejvýznamnějších amerických badatelů v oboru. Dva roky poté se stal členem Mezinárodní akademie kvantově-molekulárních věd; nyní je jejím předsedou.
• Od roku 1995 je členem Učené společnosti České republiky.
• V roce 1999 byl zvolen členem Americké akademie umění a věd. Je autorem více než 600 vědeckých prací, několika knih a patentů.
• V letech 1984-2014 byl editorem časopisu Americké chemické společnosti Chemical Reviews.
• Ovládá šest světových jazyků.

Co rotory pohání?

Elektrické pole, světlo nebo proud plynu.

Jak se z jednotlivých molekul vytvoří stavebnice?

Nejdřív jsme udělali počítačovou simulaci, jak bude proces probíhat. Pak jsme vytvořili jednotlivé molekuly. Do baňky dáte chemikálie, mícháte, zahříváte, chladíte, přidáváte další chemikálie. Po reakci se to musí vyčistit, to znamená krystalizovat, destilovat a udělat chromatografii. Pak to zase s něčím smícháte, vznikne další molekula, kterou zase musíte vyčistit. A tohleto děláte třeba dvacetkrát, až máte tu správnou sloučeninu.

Co drží konstrukci pohromadě?

Funkční skupiny na koncích tyčinky a funkční skupiny na špulce mají schopnost se slučovat. Takže když je dáte do roztoku a necháte náhodně pohybovat, spojí se to samo.

Vaše první práce, ve které se zmiňujete o molekulových rotorech, vyšla v roce 1992. Jak se od té doby posunul jejich vývoj?

Asi před deseti lety jsme pozorovali rotaci jedné molekuly okolo její osy. Tehdy mě napadlo sestavit molekulární rotory do pravidelných mřížek, aby se každý mohl natáčet podle elektrického pole, a všechny jejich dipóly tak mířily stejným směrem. Mřížky rotoru jsme už vytvořili, ale zatím jsou v nich ještě nepravidelnosti a defekty, které brání nastavení dipólů jedním směrem.

Objevili jste princip. Jaký přínos má tento poznatek pro praxi?

Největší součástky v mobilních telefonech jsou z feromagnetického materiálu. Představte si, že máte kus takového materiálu mezi dvěma elektrodami. Když do jedné vyšlete slabý elektrický proud, přejde do druhé elektrody slabý signál, který bude zpožděný o pár milisekund. Když chcete dosáhnout většího zpoždění, musíte udělat součástku dostatečně velkou. Proto jsou mobily tak rozměrné. Kdybyste dokázal šíření signálu zpomalit tisíckrát, může být součástka tisíckrát menší. A naše měření ukazují, že molekulární rotory takové zpoždění zvládnou. Další aplikaci našich poznatků přenechám inženýrům, aby se výrobek tisíckrát menší než mobil mohl objevit na pultech supermarketů.

Mohou mít molekulární stavebnice i jiné využití?

Představte si síťku s hodně malými oky, která odděluje větší bílkovinu od menší. Takové membrány už existují a používají se v dialyzačním přístroji pro lidi s nemocnými ledvinami. Jenže současné typy membrán jsou poměrně tlusté, proto trvá dialýza několik hodin. Kdyby se dal průchod bílkovin urychlit, stačily by na čištění krve jenom minuty. Jedna z možností, jak toho dosáhnout, je vytvořit z molekulární stavebnice mřížku, na které bude probíhat oddělování bílkovin mnohem rychleji.

Jak se poznatky z laboratoří dostávají do praxe?

Na univerzitě, kde přednáším, existuje oddělení, které má v popisu práce přenos poznatků ze základního výzkumu do praxe. Jednotlivé výzkumné týmy mu nabízejí svoje výsledky a pokud pracovníky oddělení zaujmou, dostane tým finanční podporu okolo 50 tisíc dolarů. Až podáme důkaz, že naše molekulární mřížky už fungují, podáme si zároveň i žádost o příspěvek na další výzkum.

Co je v současné době největším úkolem pro chemiky?

Uhlí, nafta i zemní plyn jednou skutečně dojdou, i kdybychom nedbali problému se změnou klimatu, které jejich spalování působí, zbude nám sluneční energie. Ledaže by se podařilo vyřešit problém nukleární fúze, ale využití slunce mi připadá daleko jednodušší. Ovšem to bez chemiků sami nevyřeší ani fyzici, ani materiáloví inženýři. Základní výzkum v chemii musí dodat výsledky a podle nich fyzikové a inženýři postaví laciné sluneční články, připraví katalyzátory pro palivové články atd.

V čem vidíte zásadní problém při využití sluneční energie?

V ceně a účinnosti solárního článku. Křemíkové dosahují účinnosti okolo 25 %, ale jsou velmi drahé, musí se dotovat, a to lze jen v zemích s velmi vzdělaným obyvatelstvem. Cenu křemíkových článků se už podařilo snížit, ale zásadní problém s nízkou účinností levných článků zůstává. Umíme vyrobit solární panel s účinností nad 40 %, ale jeden čtvereční metr stojí 75 tisíc dolarů. To si na střechu nikdo nekoupí, to se hodí jen pro družice. My se nyní snažíme zjistit, jak by měl vypadat materiál pro levné články s účinností nad 30 %. Už se nám podařilo společně se Zdeňkem Havlasem z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR přijít na teoretický návod, jak tyto materiály vytvořit. Nyní se jej pokoušíme ověřit v laboratoři.

Léta učíte na univerzitě, máte kontakty s významnými odborníky po celém světě, třicet let jste byl editorem „bible“ chemiků Chemical Reviews. Jak se pozná špičkový vědec?

Určitě nejen podle toho, kolik sepsal publikací nebo v kolika sedí výborech. Špičkový vědec se pozná i podle toho, že je zván jako řečník na více konferencí, než stačí navštívit, že od něho nejuznávanější odborné časopisy neustále vyžadují články i recenze a že dostává více odměn a cen, než stačí doma uložit do krabic. Jinak řečeno: pozná se podle různých uznání, kterých se mu dostává od jiných vědců v témže oboru.

Více než dvacet let jste profesorem na univerzitě ve Spojených státech. Liší se evropští postdoktorandi od amerických?

V mém týmu pracovalo hodně Němců, Francouzů, Španělů a Italů. Evropané lépe zvládají praktické práce v laboratoři – zejména Němci už znají rutinní postupy a vědí, jak se zachází s přístroji. Obvykle však nemají takovu představivost jako američtí studenti. Obecně lze říci, že Evropané čekají, až jim někdo do detailu řekne, na čem a jak mají přesně pracovat. Na rozdíl od Američanů mají o řád méně vyvinutou odvahu jít do něčeho nového. Začínající postdoktorandi často říkají: „Tohle nemohu dělat, nejsem na to expert, protože jsem to ještě nikdy nezkoušel.“ Takovou větu jsem od amerického studenta nikdy neslyšel.

Čím si vysvětlujete ten rozdíl?

Výchovou na univerzitách. Ve Spojených státech je zvykem, že se studenti více ptají, přerušují profesora otázkami a také mají po přednášce spoustu dotazů. V Evropě jsou studenti trochu zakřiknutí. Možná se bojí profesorů, nebo mají obavy, aby se jim spolužáci nesmáli, že se ptají na něco hloupého. Tyhle zábrany v USA většinou nemají. Často se ptají na hlouposti, ale to nevadí, aspoň se poučí. Riziko se v Americe považuje za naprosto normální, platí tam slogan „risk je zisk“. Vzpomínám si na jednoho německého postdoktoranda – bylo mu 30 let a říkal, že musí zpátky do Německa, aby byl včas pod penzijním plánem. Tomu by se Američan jen smál.

Pracoval jste na univerzitě v Dánsku a na několika školách v USA. Čím je Amerika pro vědce zajímavá?

Když se na americké univerzitě stane mladý člověk odborným asistentem, dostane peníze na vybavení, nějakou místnost a „teď ukaž, co umíš“. Nikdo mu neříká, co má dělat, nemusí být k ruce jinému služebně staršímu kolegovi. Může pracovat na jakémkoliv problému, který si vybere. Může napsat žádost o grant do jedné z mnoha agentur. Pokud ho napíše dobře, získá peníze na studenty a postdoktorandy. Má úplnou svobodu. V Evropě je to jinak. Tady mladý člověk často ani nečeká, že by si mohl dělal, co chce. Někdy ani nemá vlastní projekt. V Evropě se mnohdy ani nejnadanějším mladým lidem nedovolí samostatný růst. To je velký rozdíl ve srovnání s Amerikou.

Kromě svého pracoviště v USA působíte také v Ústavu organické chemie a biochemie a na Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského, přitom o vás má zájem celý svět. Proč jste si vybral právě Prahu?

Velkou roli sehrály sentimentální důvody. Tady jsem vyrostl a moji rodiče i zdejší učitelé (od těch na základní škole až po ty na Akademii věd) mi dali do vínku skvělý začátek. Teď se možná naskýtá příležitost něco z toho vrátit zdejším mladým lidem.

Zdůvodnění nominace prof. Michla na Cenu Neuron za přínos světové vědě

„Profesor Josef Michl je jednou z mála osobností, která udiví neuvěřitelnými znalostmi téměř ve všech oborech, nejen v chemii. Jeho znalosti v matematice či fyzice jsou naprosto profesionální. V oborech chemie, fyziky a matematice vás vždy udiví hloubkou znalostí a promyšleností každého detailu. Tomu jistě napomáhá i jeho fenomenální paměť. A není to jen reprodukování znalostí, jeho myšlení je vysloveně kreativní, vždy má rozmyšleno, co by se mělo vyřešit a dokonce, jak by se to mělo řešit. Nikdy se nedá odradit složitostí problému. Dobře to vystihuje jeho pořekadlo: „Jednoduché problémy necháme ostatním, my si vybereme to složité“. Někdy to ovšem vede k tomu, že se k rozdělaným problémům vrací po mnoha letech. Ale nevím o žádné nedodělané studii, která by se později opět nevynořila a nedokončila.

Je také výtečně vybaven jazykově. Mluví mnoha jazyky, kromě mateřské češtiny a téměř mateřské angličtiny mluví německy, francouzsky, rusky, japonsky, dánsky, a řadou dalších. Dokonce jsem měl možnost ho pozorovat, kdy v Budapešti radil taxikáři v maďarštině.

Je neuvěřitelně pracovitý. Je to někdy až k uzoufání, už bych si rád odpočinul, ale on chce stále ještě pracovat. Ráno ho najdete ve čtyři hodiny vyřizovat e-maily či psát publikaci, a večer v deset ještě pokračuje. Soboty a neděle nevyjímaje. Sepisovat s ním publikaci je velký zážitek. Jeho schopnost přesně formulovat myšlenky je fantastická, navíc ve velice čtivé angličtině. Čtenář má vždy pocit, že jeho článkům rozumí, nic se mu nezatajuje a každá myšlenka je řádně doložená. Jsou to vlastně krásná umělecká díla.

Ani hudba a kultura mu není cizí. Nejen že si udělá čas na koncerty, dokonce i sám hraje na kytaru, jako správný skaut. Žije střídmě a k obědu si většinou nosí jen krajíček chleba (suchého) a jablko. Ale přece jen není vše tak asketické. Zcela nestřídmý je při pojídání švestkových knedlíků a švestkového koláče (který mu při každé návštěvě Boulderu musím upéct, jen kde v USA brát švestky?)

Přestože se s ním znám dlouhou dobu, vlastně ani nevím, zda je manuálně zručný. Jakoukoliv takovouto práci, kromě pomoci s úklidem v kuchyni po večeři, odmítá. Bralo by mu to čas na vědu a další užitečné aktivity.

Má vřelý vztah ke své rodné zemi. Nejen že s mnoha českými vědci spolupracuje velice blízce, přednáší na českých pracovištích, má částečný úvazek ÚOCHB AV ČR, ale i finančně podporuje českou vědu. Přírodovědecké fakultě UK věnoval 100 tisíc dolarů, a podobný dar nyní připravuje na podporu Učené společnosti České republiky.

Nepotkal jsem v životě tolik výrazných osobností a jsem hrdý, že se s ním znám a můžu s ním spolupracovat.

dr. Zdeněk Havlas, člen vědecké rady pro obor chemie