Excelentní tým Filipa Bureše si hraje s atomy uhlíku

Chemie si ho získala už na základní škole pod Tatrami. Naprosto přesně si vybavuje první návštěvy a pokusy v kabinetu chemie. Poté, co mu jeho otec dovolil vybudovat takovou malou „laborku“ u něj ve firmě v Lanškrouně, oboru se už nepustil. Dnes profesor Filip Bureš působí na Fakultě chemicko-technologické, kde se svým týmem vyvíjí nové organické materiály, které najdou uplatnění zejména v elektronice. Musí být výkonné, přesné a mít nízkou spotřebu. Zkrátka musí šlapat jako hodinky.

Jeho skupina je součástí ústavu organické chemie a technologie a jako taková se zaměřuje především na vše, co se točí kolem uhlíku (a ostatních prvků). „Snažíme se, aby organické molekuly vyvíjené na našem pracovišti měly nějakou funkci. Obecně lze říci, že cílíme především na organickou elektroniku, která je pro rozvoj současné elektronické společnosti oborem klíčovým,“ říká profesor Bureš.

Jsou to věci, které dnes nosí prakticky každý ve své kapse či na zápěstí, můžeme si pomocí nich svítit, přenášet energii a usnadňují nám celou řadu dalších činností. To, čím se zabývá skupina profesora Bureše, tedy aktivní organickou vrstvou, bývá sice běžnému uživateli skryto, ale bez toho by to prostě nefungovalo. „Je to například jasně čitelný displej s rychlou odezvou, barevně svítící dioda s nízkou spotřebou energie, vysokokapacitní, a přesto miniaturní baterie, solární panel s vysokou mírou konverze světla na elektřinu, rychlý a vratný molekulární přepínač, sensor nebo detektor,“ doplňuje Filip Bureš pro představu pár praktických příkladů.

Naše práce je jako skládačka lego

Právě na elektronická zařízení klade současná společnost obrovské nároky. Především na jejich výkon, vysokou a specifickou funkci a nízkou spotřebu. Málokdo si již ale uvědomí, že každé zlepšení prakticky začíná a končí v rámci limitů profesora Bureše fascinující aktivní vrstvy, která daný efekt zprostředkuje.A tak jejich výzkum jde prakticky spíše od konce.

„Víme, jaký materiál a jakou funkci chceme a podle toho volíme vhodný organický skelet a ten následně cíleně upravujeme tak, aby kýženou funkci přinesl,“ vysvětluje profesor Bureš. „Zjednodušeně si zkuste představit stavebnici lego. Máte hromadu kostiček a záleží jenom na vás a vaší kreativitě, co z nich postavíte a jakou bude mít produkt funkci, velikost, tvar, podobu. Našimi „kostičkami“ jsou jednotlivé atomy, které jsme schopni prostřednictvím organické syntézy cíleně spojovat do molekul a ty následně dále modifikovat a ladit do požadovaného výsledku a funkce,“ dodává. Obecně tedy navrhují a ladí například organické push-pull molekuly, opticky aktivní organické molekuly nebo těkavé anorganicko-organické molekuly.

Inspirovala je fotosyntéza

Velmi intenzivně se ale zabývají i novým vědním oborem fotoredox katalýzy. A právě pro něj nedávno vyvinuly unikátní jednoduchý katalyzátor s podobnou funkcí, jakou má chlorofyl. Vzpomenete si ještě na princip fotosyntézy? „Rostliny jsou schopny provádět chemickou transformaci oxidu uhličitého a vody na cukr s využitím zeleného barviva – chlorofylu. Rostlina je jakási přírodní laboratoř, kde lze provádět organickou syntézu s využitím světla,“ popisuje zjednodušeně princip objevu Filip Bureš a dodává, že fotoredox katalýza umožňuje organickým chemikům provádět chemické reakce za velice mírných reakčních podmínek.

„Reakce není potřeba dlouhodobě zahřívat a jsou pouze ozařovány světlem v přítomnosti velice malého množství katalyzátoru. V podstatě tak dochází k přímé přeměně světelné energie na energii chemických vazeb. Prakticky je potřeba smíchat pouze výchozí suroviny, přidat katalyzátor a strčit baňku ve slunný den za okno. Navíc lze využít i průtočného uspořádání a kontinuálně produkovat léčiva a řadu dalších významných organických substancí. Například okamžitý a stálý přístup k antimalarikům v Africe se dá jednoduše a levně vyřešit právě pomocí fotoredox katalýzy.“

Alfou a omegou úspěchu je tak proto i spolupráce s aplikační sférou, a to nejen navenek, ale i uvnitř skupiny. A to byl právě i příklad optimalizace syntézy katalyzátoru a jejího poloprovozního ověření. „Katalyzátor jsme schopni připravovat z levných a dostupných surovin v multigramovém měřítku a rovněž již máme partnera pro jeho komerční distribuci. Vyvinutou technologii navíc budeme chránit evropským patentem,“ zdůrazňuje profesor Filip.

Týmová práce a stovka publikací

Bez účinné spolupráce ale nedokáže pracovat ani celý jeho tým. Krystalizoval postupně během několika let. A především plánování a hlídání personálního obsazení se profesoru Burešovi velmi vyplácí. V práci uplatňuje jakousi řízenou tvůrčí svobodu. Jak sám říká, zažil během zahraničního (post)doktorského studia v Německu a ve Švýcarsku jak tvrdý dril, tak obrovskou tvůrčí svobodu a dnes proto čerpá z obojího. „Vedoucí funkci vnímám především jako zodpovědnou a motivační. Své kolegy se vždy snažím nadchnout pro danou oblast výzkumu, zabezpečit zahraniční partnery a společně připravit solidní návrh projektu,“ shrnuje své úkoly. S kolegy ve skupině ho navíc pojí přátelské pouto, čehož si rovněž velice cení. „Já jsem pouze vedoucí, excelentní je celý tým. Každý člen je zodpovědný za svůj podobor, včetně měření a interpretace dat. Což usnadňuje i publikační aktivitu,“ dodává.

Skupina má v tuto chvíli za sebou více než 100 impaktovaných publikací. Každá je v základu organická, rozdělit je lze například dle využití daného organického materiálu, typu časopisu nebo zapojení dalších spolupracovníků. V týmu má kolegy jak starší, tak i mladší než je on sám. Učí se navzájem. Nejpyšnější na své pedagogické dovednosti je ale v situaci, kdy ho vlastní student fundovaně poučí o nějaké nové oblasti.

Organická chemie má podle Filipa Bureše obrovský potenciál. „Přestože známe již asi deset milionů organických molekul, další miliony čekají na své objevení a hlavně využití. Na fakultu každý rok nastoupí několik stovek nadějných nových chemiků a já věřím, že se mi bude i nadále dařit získávat jejich sympatie pro aplikovanou organickou chemii,“ uzavírá profesor Filip Bureš.

„Chemie je jediný vědní obor, který umožňuje kvalitativní změnu hmoty. Během chemické reakce lze změnit jednu molekulu na druhou a připravit tak nový materiál s jinými nebo lepšími vlastnostmi. To je bezesporu naprosté unikum, které vám jiný obor prostě nenabídne.“

Profesor Filip Bureš (41) pochází ze slovenského Popradu. Magisterské a doktorské studium organické chemie absolvoval na Fakultě chemicko-technologické Univerzity Pardubice v letech 2002 a 2005 a od té doby tu působí. Odjel na krátkou stáž do Maďarska a na Slovensko, byl na tříměsíčním pobytu v Německu a 14měsíční postdoktorální stáži ve Švýcarsku. V roce 2010 byl habilitován a v roce 2017 jmenován profesorem. Je členem České chemické společnosti. Získal Cenu Alfreda Badera v organické chemii za rok 2012, z téhož roku má i Cenu Thieme Chemistry. Od roku 2004 je autorem nebo spoluautorem více než 100 článků s 1500 citacemi (H-index 27). Mezi jeho současné vědecké zájmy patří pokročilé organické a organokovové materiály s různými aplikacemi. Jeho skupina čítá 23 členů (10 kolegů akademiků, 4 PhD. studenty, 4 Mgr. studenty a 5 studentů bakalářů). Informace o ní jsou k dispozici na webu bures.upce.cz. Vedle svého působení na vysoké škole je rovněž aktivní v rámci Středoškolské odborné činnosti. Filip Bureš je zasnoubený, má dvě děti a k jeho zájmům patří squash, běh, cestování a kutilství.