Před pětatřiceti lety se mohli první zájemci hlásit o studium fyziky na VUT. Studijní program, který vznikl v roce 1991, se za tři a půl dekády stal jedním z klíčových pilířů brněnského mikroskopického ekosystému. Právě absolventi a absolventky Fyzikálního inženýrství a nanotechnologií dnes působí ve firmách a institucích, díky nimž se v Brně vyrábí každý třetí elektronový mikroskop na světě.

„Fyzika se na VUT učí prakticky od samotného vzniku školy, tedy přes sto dvacet let, ale ještě na začátku 90. let jsme byli jen pomocná katedra pro jiné obory. Jinými slovy učili jsme fyziku, ale pro strojaře. Zlom přišel v roce 1990, kdy tehdejší vedení v čele s profesorem Miroslavem Liškou prosadilo vznik samostatného studijního programu s názvem Inženýrská optika. Tak jsme začali vychovávat první studenty aplikované fyziky,“ vysvětluje Tomáš Šikola, ředitel Ústavu fyzikálního inženýrství Fakulty strojního inženýrství VUT.

Studium se postupně rozšiřovalo o další oblasti pokročilých fyzikálních technologií, nanostruktury a tenké vrstvy a v roce 1994 získalo název Fyzikální inženýrství, v roce 2009 pak do názvu programu pronikly i nanotechnologie. „Nanotechnologie jsou nesmírně zajímavé a mladí lidé si řekli, že to je to, co chtějí studovat. Jen tímto krokem jsme zdvojnásobili počet studentů z přibližně dvaceti na padesát ročně. A tento počet se dlouhodobě drží,“ doplňuje Šikola s tím, že obor dlouhodobě roste i díky tomu, že reaguje na aktuální technologické potřeby průmyslu a výzkumu a těží z úzkého sepětí s výzkumným centrem CEITEC VUT.

Od roku 1991 prošlo studiem kolem pěti set fyzikálních inženýrů a inženýrek. Významná část z nich nachází uplatnění v oblasti elektronové mikroskopie, která je dnes jedním z technologicky nejsložitějších průmyslových odvětví na světě. Bez elektronových mikroskopů se neobejde moderní věda, medicína, polovodičový průmysl ani vývoj nových materiálů. A třetina všech těchto mikroskopů vzniká v Brně.

Tři největší brněnské firmy Thermo Fisher Scientific, TESCAN a Delong Instruments zaměstnávají dohromady přes 2 800 lidí a v roce 2023 dosáhly obratu 27,5 miliardy korun. Celkově v regionu v tomto oboru pracuje až 5 000 lidí. „Firmy si našich studentů cení hlavně proto, že jsou zvyklí pracovat prakticky. Nejenže rozumějí teorii, ale mají i inženýrské myšlení a zkušenost s reálnými zařízeními. Každý student u nás během studia pracoval s elektronovým mikroskopem – jinak to prostě nejde,“ říká Šikola. Absolventi fyziky z VUT si nevedou špatně ani co do výše mzdy: z nedávného průzkumu fakulty mezi absolventy vyplynulo, že ti s dvou až tříletou praxí dosáhnou v průměru na 60 000 korun měsíčně.

Brno a elektronová mikroskopie v roce 2026 si připomínáme 75 let od vzniku prvního československého elektronového mikroskopu v Brně v současnosti třetina všech elektronových mikroskopů na světě vzniká v Brně tři největší brněnští výrobci jsou firmy Thermo Fisher Scientific, TESCAN a Delong Instruments – dohromady zaměstnávají přes 2 800 lidí a v roce 2023 dosáhly obratu 27,5 miliardy korun jen investice firem do výzkumu a vývoje činí ročně 1,8 miliardy korun celkově v oboru elektronové mikroskopie v regionu působí až 5 000 lidí síla Brna spočívá v propojení firem, výzkumu i vzdělávání, spolupráci i propagaci oboru směrem k novým talentům pomáhá od roku 2024 zajišťovat také platforma Brnoregion Microscopy veřejnosti přibližuje krásu oboru každoroční akce Dny elektronové mikroskopie, letos se koná 23.—29. března Zdroj dat: data.brnoregion.com

Propojení výuky s praxí potvrzují i samotní absolventi, kteří mají jedinečnou možnost vybírat si mezi vědeckou kariérou, high-tech průmyslem i vlastní podnikatelskou cestou. Jedním z nich je Jan Neuman, držitel ocenění Česká hlava 2025 a zakladatel společnosti NenoVision, která vznikla jako spin-off VUT. „Začínali jsme ještě jako studenti na Ústavu fyzikálního inženýrství. To, že jsme se mohli dostat k experimentům a spolupracovat s průmyslem už během studia, bylo zásadní. Bez tohoto prostředí by NenoVision nikdy nevznikla,“ říká Neuman.

Společnost NenoVision se během deseti let na trhu vypracovala v celosvětově uznávanou high-tech firmu, která úzce spolupracuje s řadou českých i zahraničních vědeckých institucí. Jejich produktem je mikroskop LiteScope, který propojuje elektronovou mikroskopii s mikroskopií atomárních sil, přičemž tato inovativní technologie umožňuje materiály detailně analyzovat a také měřit jejich elektrické, mechanické nebo magnetické vlastnosti.

Nedílnou součástí výuky fyzikálních inženýrů jsou i specializované laboratoře, do kterých studenti nastupují už v průběhu bakalářského studia. „Hned v prvním ročníku jsme si mohli sáhnout na elektronový mikroskop. Do té doby jsem ani netušil, co přesně tato technologie umožňuje. Čím víc s ní pracujete, tím víc si uvědomujete, kolik informací dokáže nabídnout,“ říká student pátého ročníku Filip Ulč, který pracuje se zmíněným mikroskopem LiteScope od NenoVision.

„Arizonská univerzita loni publikovala, že tento mikroskop používají zcela unikátním způsobem, totiž že propojili vodivostní obvod, kterým se měří elektrické vlastnosti materiálu, s elektronovým svazkem z mikroskopu. Testujeme to také, snažím se pracovat na analýze elektrických vlastností polovodičů,“ vysvětluje Filip Ulč svůj výzkum, který je součástí jeho diplomové práce.

„Na fyzice mě nejvíc baví posouvání hranic – že pracuji na něčem, co nikdo jiný nikdy nedělal. Musím nad tím přemýšlet, pokrýt mnoho problémů. Není to „kouknu a vidím“, ale postupná cesta k řešení,“ popisuje další student pátého ročníku Adam Novotný. Zkoumá možnosti využití grafenu v elektronové mikroskopii, což přináší i výzvu, jak složitý výzkum vysvětlit svým blízkým. „Snažím se využívat přirovnání. Grafen je 2D materiál, což je pro někoho nepochopitelná věc. Když ale řeknete, že je to jakoby tenká folie tlustá právě jeden atom, to už si lidé snáz představí. A já mám vždycky radost, když to někoho zajímá,“ uzavírá Novotný, který aktuálně uvažuje o doktorském studiu v zahraničí.

Není mikroskopie, jako mikroskopie... Elektronová mikroskopie je zobrazovací metoda, která místo viditelného světla využívá svazek elektronů, a díky tomu umožňuje pozorovat struktury v nanometrovém až atomárním měřítku. Poskytuje výrazně vyšší rozlišení než klasická světelná mikroskopie a umožňuje detailně studovat povrch i vnitřní strukturu materiálů, buněk či virů. Uplatňuje se zejména ve výzkumu nových materiálů, nanotechnologiích, polovodičovém průmyslu, biologii i medicíně, kde pomáhá odhalovat vztah mezi strukturou a vlastnostmi zkoumaných objektů. Mikroskopie atomárních sil (AFM) je metoda, která „snímá“ povrch vzorku pomocí extrémně ostrého hrotu reagujícího na síly mezi hrotem a povrchem. Umožňuje vytvářet trojrozměrné obrazy povrchů s nanometrovým až atomárním rozlišením a současně měřit jejich fyzikální vlastnosti, jako je drsnost, tvrdost nebo přilnavost. Výhodou AFM je možnost zkoumat i nevodivé materiály a pracovat ve vzduchu či kapalinách, díky čemuž se široce využívá v materiálovém výzkumu, nanotechnologiích i biologii. Korelativní mikroskopie spojuje více mikroskopických metod do jednoho výzkumného přístupu, aby poskytla komplexnější pohled na zkoumaný vzorek. Nejčastěji kombinuje světelnou a elektronovou mikroskopii, čímž propojuje informace o funkci, lokalizaci či dynamice struktur s jejich detailním zobrazením na nanometrové úrovni. Tento přístup umožňuje lépe porozumět složitým biologickým procesům i struktuře moderních materiálů a je klíčovým nástrojem současného multidisciplinárního výzkumu.