Zostrojili nukleárnu magnetickú rezonanciu a získali ocenenie AMAVET

01. aug. 2020 • Medicínske inžinierstvo

Zostrojili nukleárnu magnetickú rezonanciu a získali ocenenie AMAVET

Študenti Matúš Ondreják a Tomáš Štefanov sa rozhodli, že zostroja nízkonákladový NMR (Nukleárna magnetická rezonancia) spektroskop, aby dôkladnejšie poznávali štruktúry molekúl.

Ďalším dôvodom konštrukcie prístroja bolo, že si chceli školskú teóriu obohatiť praxou. Keďže náš vzdelávací systém však v tomto smere poskytuje stále málo možností, rozhodli sa, že to vyriešia sami. Ich iniciatíva im priniesla úspech. Zaradili sa medzi víťazov na Festivale vedy a techniky, ktorý organizuje AMAVET – Asociácia pre mládež, vedu a techniku.

Na tejto súťaži sa každoročne prezentujú najšikovnejší školáci, ktorí so svojimi víťaznými projektmi reprezentujú Slovensko na celosvetových súťažiach. Matúš a Tomáš sa so svojím projektom napríklad zúčastnia online videokonferencie v rámci súťaže CASTIC, ktorá je organizovaná v Číne.

Ako to dnes vyzerá na školách, keď chcete mať vyučovanie obohatené aj o praktické skúsenosti?

Už v prvom ročníku máme na našej škole v rozvrhu predmety, ako sú napríklad cvičenia z fyziky alebo cvičenia z chémie. V druhom ročníku sa k nim dokonca pridávajú cvičenia z biológie. Tieto premety sú vyslovene zamerané na rôzne praktické cvičenia či pokusy a následné vypracovávanie protokolov. Vo vyšších ročníkoch sa síce tieto predmety už nevyskytujú, ale aj tak na hodinách v istej miere stále prebiehajú praktické cvičenia. Pre študentov, ktorí majú záujem niečo robiť aj nad rámec školských osnov, sú vytvorené mimoškolské krúžky s prírodovedným a technickým zameraním.

Nukleárna magnetická rezonancia. Zdroj: archív MO a TŠ

Nukleárna magnetická rezonancia je metóda, vďaka ktorej dnes vieme určovať štruktúru skúmaných molekúl. Ako sa také niečo pozoruje?

Samozrejme na prístrojoch, ktoré majú hlavné využitie vo vedeckovýskumných inštitúciách. Na rovnakom princípe však funguje aj magnetická rezonancia, ktorá sa používa v medicíne. Súčasné prístroje sú schopné vykonávať svoju činnosť len v blízkosti veľkého magnetického poľa, čo spôsobuje v praxi značné obmedzenia. Je potrebné uchovávať veľké množstvo chladiacich zmesí, ako tekuté hélium a dusík, kvôli zahrievaniu silných elektromagnetov, v ktorých cirkuluje veľký prúd. Ten vytvára magnetické pole, čo zvyšuje ekonomickú záťaž inštitúciám, ktoré túto metódu používajú. Vyšetrenie pacientov pomocou tejto metódy nie je možné, ak sa v ich tele nachádza feromagnetické teleso. Spomínané problémy nás viedli k myšlienke zostrojenia nukleárnej magnetickej rezonancie, ktorej využitie by bolo možné aj pri magnetickom poli Zeme, teda s absenciou silných elektromagnetov.

Vy ste si najskôr všetko podrobne naštudovali a potom ste začali stavať.

Áno, a nebolo to jednoduché, pretože väčšina dostupnej literatúry bola v cudzích jazykoch, prípadne nebola kompletne obsiahnutá. Nami zostrojená nukleárna magnetická rezonancia je schopná vykonávať svoju činnosť pri magnetickom poli Zeme, ale aj táto metóda prináša isté obmedzenia, s ktorými sa musíme vyrovnať. Skonštruovaný prístroj nesmel obsahovať žiadne feromagnetické materiály a bol citlivejší na rôzne šumy a parazitické signály z okolia. Niektoré súčiastky potrebné na jeho činnosť sme museli objednávať zo zahraničia a väčšinu na mieru vyrábať doma. Taktiež spôsob, akým sme excitovali atómové jadrá, sa líšil od klasickej NMR. Jedným z najväčších problémov bolo však samotné zachytenie signálu, keďže jeho intenzita sa exponenciálne zvyšuje s intenzitou magnetického poľa, takže v našom prípade sme pracovali s viac ako 1000-krát slabším signálom.

Ako teda tento váš originálny prístroj funguje v praxi? Kde všade je možné ho využiť?

Nukleárna magnetická rezonancia, ktorú sme zostrojili, vykonáva svoju činnosť pri veľmi nízkych frekvenciách. Tým pádom je na jej činnosť tiež postačujúce slabé magnetické pole, ako je napríklad magnetické pole Zeme, lebo tieto dve veličiny sú vo vzťahu priamej úmery. Pri takýchto meraniach je ale potrebná výkonnejšia výpočtová technika na vyhodnocovanie výsledkov, ktorá však v šesťdesiatych rokoch, v čase, keď sa táto metóda zavádzala do praxe, nebola dostupná. V súčasnosti však táto požiadavka vôbec nie je prekážkou. Nukleárna magnetická rezonancia pracujúca pri slabom magnetickom poli má využitie nielen na poli vedy, ale aj v praktickej medicíne. V dnešnej dobe je taktiež stavebným pilierom takzvaných kvantových počítačov, ktoré pracujú na tomto princípe, a namiesto tranzistorov používajú atómové jadrá.

Monika Tináková

Súvisiace:

Hore
Quark_2020
TVT2020 prihlasovanie
Veda v CENTRE / Vedecká kaviareň 7/2020
TVT2020 súťaže
Vedec roka SR
Vedecká cukráreň video
VC 6/2020 železany
Veda v CENTRE máj
Vedecká cukráreň 5/2020
Aurelium - centrum vedy
Vírusy, vakcíny, imunita
Quark 25 rokov
kúpa časopisov jún 2016
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Publikácie Veda v CENTRE
Zaujímavosti vo vede
12. apríla 1961 vyletel do vesmíru prvý človek – ruský letec a kozmonaut Jurij Alexejevič Gagarin.
Zistite viac