Transmisní elektronový mikroskop CryoHRTEM (2013)
Transmisní elektronový mikroskop vysokého rozlišení poskytuje unikátní možnosti pro celou řadu aplikací ve výzkumu, vývoj i výrobě, včetně biologie, vývoje a výzkumu materiálů, kvalitativní kontrole. HRTEM dosahuje vysokého rozlišení, 2D a 3D zobrazení nejmenších částic. Dovoloje pozorování na atomární úrovni.
Navíc CRYO rozšíření dovoluje pozorovat zobrazení vysokého rozlišení kapalin, buněk, biostruktur v jejich originální podobě.
V rámci projektu bude zařízení využíváno, především ke studiu morfologie, rozměrů a prvkového složení nanostrukturovaných systémů a materiálů, včetně nanočástic a nanoklasterů.
Výpočetní klastr
Vysoce výkonný výpočetní systém jako GRIDový uzel napojený na soustavu CERN v rámci projektu CERN-ATLAS, sestávající ze zařízení s nadstandardní paralelizací a nízkými provozními náklady (spotřebou el. energie max. 40 W na procesor a nízkou hladinou investic pro další údržbu zařízení apod.), zařízení pro paměťově náročné úlohy s vysoce průtočnou architekturou zejména s ohledem na paměť a front-end systému pro komunikaci a ukládání dat.
4096 jader (2GB RAM na chip) + 1024 jader (16 GB RAM na chip), 25 TB diskového prostoru.
Požadované vysoce výkonné výpočetní zařízení bude sloužit k analýze struktury a vlastností komplexních a supramolekulárních entit syntetického i biologického původu, s cílem navrhnout a připravit vysoce funkcionalizované sloučeniny vhodné pro aplikace v materiálové či lékařské chemii. V jednotlivých případech půjde o simulace chování uhlíkových nanostruktur v komplexech s různými organickými ligandy, fragmenty biomolekul či vlastními biomolekulami, studium struktury a termodynamických vlastností koordinačních sloučenin přechodných kovů v roztocích a jejich interakce s proteiny nebo nukleovými kyselinami. Zařízení bude rovněž využíváno k výzkumu chemické reaktivity, především ke studiu katalytických procesů, jejich optimalizaci a návrhu nových katalyzátorů. Je dále plánován vývoj (nano)molekulárních strojů, což v základní fázi znamená návrh struktury jejich možných komponent, opět postavených na bázi kombinace uhlíkových nanostruktur a funkčních jednotek biomolekulárních strojů, tedy s využitím biomimetického přístupu. Dále bude zařízení sloužit jako malé GRIDovské výpočetní centrum na Moravě s napojením na tuto světovou výpočetní síť pro využití zájemci z nejrůznějších oborů. V případě RCPTM je zamýšleno částečné využití v tradičním oboru, tj. pro modelové výpočty, napojení na CERN při řešení projektu CERN-ATLAS na urychlovači LHC (UP v Olomouci je od 2008 členem mezinárodní kolaborace ATLAS-CERN) a pro řešení prestižního mezinárodního projektu The Pierre Auger Observatory (UP rovněž od 2008 členem mezinárodní kolaborace, spolupráce probíhá od 2001) a dalších aktivitách RCPTM.
Veškeré výše uvedené aplikace předpokládají využití nejmodernějších nástrojů teoretické chemie, které jsou z principu extrémně náročné na hardwarové parametry výpočetní techniky, a to jak z hlediska počtu a pracovní frekvence procesorů, tak i z hlediska množství paměti, operační i diskové. Návrh zařízení také vychází z našich dlouhodobých zkušeností (cca 10 let) v oblasti výpočetní chemie a molekulových simulací.
Elektronová mikrosonda s autoemisní tryskou (2013)
Elektronová mikrosonda je zařízení na bodovou chemickou analýzu a dokumentaci textury a variability chemického složení v ploše rovinných vzorků pevných anorganických i organických materiálů. Zdroj elektronů je v této mikrosondě několikanásobně silnější, než v klasických elektronových mikrosondách s termionickým zdrojem (katoda z wolframového vlákna nebo krystalu hexaboridu lantanu). Výrazně vyšší proudová hustota svazku elektronů z autoemisní trysky („field emission gun, Schottky cathode“) umožňuje analyzovat i hmoty s relativně vysokým středním atomovým číslem při nižším urychlovacím napětí, což významně zmenšuje excitační objem, tj. i hloubku, z níž pochází analytický signál (paprsky X). To má velký význam pro zlepšení analytické rozlišovací schopnosti přístroje – z cca 2 mikrometrů u běžných elektronových mikrosond na desetiny mikrometru u mikrosondy s autoemisní tryskou. Současně je díky intenzivnějšímu zdroji elektronů i vyšší poměr signálu ku šumu, a tedy i nižší meze detekce. Zároveň je dosahováno významně lepší rozlišovací schopnost zobrazení v sekundárních a zpětně odražených elektronech, což umožňuje získávat vysoce kvalitní snímky analyzovaných objektů, aniž by bylo nutné analyzovaný objekt přenášet do specializovaného elektronového mikroskopu.
Elektronová mikrosonda bude sloužit k detailní mikrochemické analýze materiálů resp. povrchů zkoumaných či připravovaných v rámci Centra, k vyvíjení a optimalizaci nových analytických postupů pro účely povrchové analýzy nejrůznějších typů vzorků. Poskytne podklady k hodnocení souvislostí mezi vlastnostmi materiálů a postupem jejich přípravy. Bude jednou z technik, které dovolí v souhrnu velmi detailní charakterizaci povrchů, např. povrchů vyvíjených pro analytické aplikace a upravovaných pro cílenou interakci s látkou (sorpce, elektrochemická přeměna aj.). Bude poskytovat komplementární informace k ostatním technikám povrchové analýzy.
600 MHz NMR spektrometr se sondami pro měření v kapalné i pevné fázi (2013)
Vysokofrekvenční NMR spektrometr je nepostradatelný pro získání informací o třídimenzionální struktuře molekul (včetně makromolekul a biomakromolekul) v roztoku i v pevné fázi. Je to nepostradatelný nástroj pro charakterizaci nových organických sloučenin – ligandů a jejich komplexních sloučenin. Umožňuje např. zjistit typ koordinace a porovnání složení vnitřní koordinační sféry komplexů v roztoku a v pevné fázi. Tyto výsledky jsou nutným předpokladem k diskuzi o jejich potenciální biologické aktivitě. Velká vnější pole pak umožňují také komplexní strukturně-magnetickou charakterizaci nanokrystalických nosičů.
Hmotnostní spektrometr s vysokým rozlišením (2012)
Tandemový hmotnostní spektrometr je vybaven ionizačními technikami (elektrosprej a chemická ionizace za atmosférického tlaku) vhodnými pro analýzu iontových, polárních a středně až málo polárních látek, čímž pokrývá oblast analýz problematickou pro systémy s plynovou chromatografií. Nabízí vysokou rozlišovací schopnost (nad desettisíc) a malou chybu měření hmotnosti (pod 3 ppm), což jednak dovoluje odlišit ionty se stejnou nominální hmotností (jejich hmotnost se liší na desetinných místech), a tím zvýšit selektivitu měření, a jednak určit sumární vzorec, což přispívá k identifikaci látek. Pro účely identifikace je také k dispozici možnost měření fragmentačních spekter po izolaci sledovaného iontu a jeho aktivaci v kolizní cele. Vznik fragmentu charakteristického pro danou látku lze využít i ke zvýšení selektivity stanovení této látky. V přístroji lze realizovat (ale i studovat) ion-molekulové reakce vhodné pro analytické účely. Součástí systému je rovněž možnost oddělit ionty na základě iontové mobility v plynné fázi, podle odlišnosti v tvaru a velikosti iontů, což přináší další rozměr pro identifikaci a stanovení zkoumaných látek. Kombinace iontové mobility s tandemovým hmotnostním spektrometrem s vysokým rozlišení představuje zařízení poskytující informace se značnou vypovídací hodnotou o zkoumaném systému a zároveň s většími možnosti odstranit rušivé složky vzorku tak, aby negativně neovlivnily samotné měření.
Systém pro měření fyzikálních vlastností (2013)
Přístroj měří v rozsahu teplot 1,9 až 400 K a v magnetickém poli až do 14 Tesla fyzikální vlastnosti materiálů: tepelní kapacitu, magnetizaci, střídavou susceptibilitu, točivý moment magnetizace, elektro-transportní vlastnosti (elektrický odpor, Hallův jev, I-V křivky, kritický proud), tepelná vodivost. Přístroj je také vybaven zkapalňovačem He, který významně sníží provozní náklady. Vzorky je možné otáčet pomocí rotorů do libovolné pozice vůči magnetickému nebo elektrickému poli, což je vhodné pro studium anizotropie materiálů. Pro studium při velmi nízkých teplotách až do 0,4 K je přístroj vybaven He-3 chladícím zařízením, které umožňuje měřit tepelní kapacitu, elektro-transportní vlastnosti při miliKelvinových teplotách. Všechny uvedené měřitelné kvantitativní charakteristiky slouží k popisu nově připravených látek nejen vzhledem k jejich potenciálnímu využití v praxi, ale rovněž v souvislostech mezi jejich strukturou a studovanými vlastnostmi. Vysoká přesnost měření, prakticky automatizovaný provoz a velmi sofistikovaný software činí z uvedeného zařízení mocný nástroj pro studium materiálů v pevné fázi.
Vývojové centrum pro optické zpracování povrchů broušením (2012)
Centrum je určeno pro vývoj nových aplikací optických povrchů pro detektory slabých signálů. Zařízení bude zajišťovat přípravu ploch náročných povrchů před finální operací zaměřenou na dosažení drsností povrchů pod 10 nm. Koncepce zařízení umožňuje pracovat s materiály pro ultralehké aplikace a podle potřeby měnit rádius i průměr plochy. Podstatným přínosem je tvarová variabilita opracovávané plochy, centrum umožňuje vývoj soustav detektorů s asférickými plochami. Centrum pracuje na principu ablace materiálu substrátu pomocí vázaného diamantu v chladícím médiu a při proměnných parametrech nástroje. Kinematika pohybů je řízena počítačem, optimalizace procesu je umožněna pomocí korekcí na základě zpětné vazby. Zařízení tvoří kompaktní celek doplněný stojanem s řídící jednotkou a chlazením okruhu technologických kapalin.
Optické vývojové centrum pro opracování nanopovrchů (včetně příslušenství a měření) (2012)
Vývojové centrum pro opracování povrchů s drsností v řádu jednotek nm představuje kvalitativní skok v dosažitelné kvalitě optických ploch pro detektory slabých optických signálů. Použití nástroje s proměnnou geometrií otvírá prostor pro vývoj aplikace optických soustav využívajících plochy do současnosti pro velkoplošné detektory nedosažitelné, a to buď z důvodu tvaru a nebo kvality optické plochy. Zařízení je typu CNC s jednotkou pro přípravu cirkulující abrazivní pracovní kapaliny. Zpětná vazba je zajištěna buď prostřednictvím kontaktního mechanického a nebo bezdotykového optického měřícího systému.
Vakuová napařovací aparatura (2011)
Zařízení je určeno k vývoji tenkovrstvých optických struktur pro optické prvky určené k detektorům slabých optických signálů. Příprava optických vrstev je založena na principu teplotní depozice ve vysokém vakuu. Vysokovýkonová čerpací aparatura je zárukou kvalitního vakua dosažitelného v krátkém čase, což umožňuje vysokou efektivitu experimentální práce. Velký objem recipientu je určen pro práci s rozměrnými segmenty ploch optických detektorů. Aparatura bude vybavena odpovídajícím měřením parametrů deponovaných vrstev, které umožní přesné řízení procesu k dosažení optimálních vlastností systémů tenkých vrstev. Zařízení umožní práci v přesně regulovaném vnitřním prostředí s definovanou koncentrací čistých plynů.
Interferometrický měřící systém s příslušenstvím (2013)
Zařízení bude sloužit pro vyhodnocování tvaru optických ploch vytvářených na optickém centru pro opracování nanopovrchů. Aktuální získané parametry umožní provedení korekcí vad tvaru a kvality optického povrchu. Zařízení bude po dobu trvání projektu zajišťovat hodnocení parametrů povrchů pro detektory optického signálu.
Hmotnostní spektrometr s ionizací indukčně vázaným plazmatem a laserovou ablací (2011)
Analytický komplet sestávající z hmotnostního spektrometru s ionizací indukčně vázaným plazmatem a laserového ablačního mikroskopu představuje zařízení, které umožňuje simultánní analýzu všech detekovatelných izotopů v rozsahu X0 % – 0,0X ppb jak v pevných matricích, tak v kapalných vzorcích. Hmotnostní spektrometr na principu průletového analyzátoru umožňuje rychlý simultánní záznam kompletních hmotnostních spekter (30 000 spekter za 1s) a ve spojení s laserovou ablací vytváření trojdimenzionálních spekter mapujících studovaný vzorek. Přesnost stanovení izotopických poměrů se přitom blíží drahým (> 30 milionů Kč) multikolektorovým hmotnostním spektrometrům a je nezávislá na měřené intenzitě v rozsahu šesti řádů koncentrací. Je získávána vždy plně multiprvková informace bez jakékoliv redukce detekčních limitů. Na rozdíl od hmotnostních spektrometrů kvadrupolových i multikolektorových není nutné předem určovat, které prvky budou analyzovány. Oproti kvadrupólovým analyzátorům nabízí vyšší rozlišení a umožňuje analyzovat stopovou koncentraci izotopu i v přítomnosti velmi vysoké koncentrace sousedního izotopu. Laserová ablace jako metoda přímého zavádění pevných vzorků do indukčně vázaného plazmatu umožňuje vzorkování tenkých vrstev, včetně tenkovrstvých filmů i mikroskopických uzavřenin, a hloubkové profilování. Hloubkové rozlišení se pohybuje mezi 0,5-1 µm; průměr kráteru je volitelný v rozsahu 4 – 110 µm, což dovoluje analyzovat např. i velmi drobné vady materiálu. Spektrometr je vybaven i zařízením na vnášení kapalných vzorků, takže lze zpracovávat i vzorky vzniklé rozkladem větších reprezentativních množství pevných vzorků.
Pulsní laserový systém pro mJ energie ve fs impulsech (2011)
Pulsní femtosekundový laserový systém pro mJ energie v jednotlivých impulsech představuje ideální zdroj světla pro čerpání nelineárních optických procesů a pro laserem buzenou emisní spektroskopii s vysokým časovým rozlišením. Umožní sledovat nelineární optické procesy v bulkových, vrstevnatých i 3D-nanostrukturních materiálech. S předpokládaným využitím laseru s aktivním prostředím Ti:safír pokryje spektrální oblast 740-850 nm (370-425 nm ve druhé harmonické). Energie v impulsu je typicky několik mJ, délka impulsu 100-200 fs, opakovací frekvence typicky 1 kHz.
Kapilární elektroforéza s tandemovým hmotnostním spektrometrem (2011)
Kapilární elektroforéza s tandemovým hmotnostním spektrometrem (CE-MS/MS) je určena na separaci a studium interakcí nanočástic s látkami celého spektra vlastností (např. interakce s nepolárními látkami, ionty, proteiny, využití liposomů, micel tenzidů, analýza fyziologicky aktivních látek, farmak apod.). CE-MS/MS pracuje na principu separace nabitých iontů, případně aduktů, v kapalném médiu s využitím stejnosměrného elektrického pole a následnou detekcí separovaných analytů s pomocí MS/MS. MS/MS umožňuje spolehlivou identifikaci separovaných molekul podle poměru m/z a dále na základě následné fragmentace studovaných analytů i ve velmi nízkých koncentracích (řádově ng/ml). Konfigurace zařízení umožňuje provádět i analýzy zvlášť pomocí kapilární elektroforézy a zvlášť na tandemovém hmotnostním spektrometru. Ovládací software je společný pro kapilární elektroforézu i tandemovou hmotnostní spektrometrii a dovoluje automatickou optimalizaci parametrů pro hmotnostní analýzu. Systém je vybaven autosamplerem a umožňuje tak nepřetržitý provoz.
- Computation cluster (2013)
- Device for measurement of composition of gradient layers (2011)
- Pulsed tuned laser system for mJ energies in ns impulses (2011)
- Calorimeter with high sensitivity (2011)
- Plasma system for deposition of functional structures of nanoclusters (2011)
- Cryostat with closed cycle (2011)