Fyzmatik | Český spiderman

Na počátku všeho byl objev v Liberci. Vědecký tým pod vedením profesora Oldřicha Jirsáka vyvinul na tamní Technické univerzitě jako první na světě stroj na výrobu materiálu budoucnosti - nanovláken. Objev si Technická univerzita nechala patentovat.

Nanovlákna (obecně nanomateriály) jsou vlastně novým typem hmoty. Všechny projevy té hmoty jsou jiné, než u materiálů známých rozměrů. Z toho vyplývají také nové možnosti použití. Průměr nanovláken je výrazně menší než vlnová délka světla. Jednotlivá vlákna tedy nejsou vidět ani pod optickým mikroskopem.

Vědcům z Technické univerzity v Liberci se jako prvním na světě podařilo vyvinout technologii a sestavit stroj, který dokáže v průmyslovém měřítku vyrábět to, co bylo doposud možné pouze v laboratořích a malém množství – netkané nanovlákenné textilie.


Ačkoliv do výzkumu v oblasti nanotechnologií investují zahraniční firmy a laboratoře částky v řádech desítek milionů dolarů a v některých zemích, jako jsou např. USA dokonce přijali v souvislosti s nanotechnologiemi i zvláštní zákon, liberečtí výzkumníci si při vývoji prototypu vystačili jen několika sty tisíci korun. Univerzita samozřejmě nemá technické ani finanční zázemí pro to, aby mohla tyto stroje určené pro průmyslovou výrobu nanovlákenných textilií vyrábět. Uzavřela proto exkluzivní smlouvu se soukromou společností, která tato zařízení bude vyrábět a bude mít výhradní práva k prodeji. Vlastnictví příslušných patentů však i nadále zůstává Technické univerzitě v Liberci. Zisk z prodeje strojů se bude dělit mezi oba partnery. Vývojový tým liberecké Katedry netkaných textilií, se zaměřil na zvlákňování polymerů a v poměrně krátké době vyvinul funkční laboratorní model zvlákňovacího stroje. Technologie Nanospider je založena na principu zvlákňování v silném elektrickém poli. Tímto speciálním postupem, který se nazývá elektrospinning, vznikají vlákna tak malého průměru, že je není možné pozorovat ani sebesilnějším světelným mikroskopem - lze je zobrazit pouze elektronovým mikroskopem. Výroba nanovlákenné textilie pomocí technologie Nanospider je založena na zvlákňování vodných roztoků polymerů bez použití chemických rozpouštědel, což odpovídá požadavkům ekologů na ochranu životního prostředí.
Detaily výrobního postupu samozřejmě univerzita i výrobce stroje z pochopitelných důvodů pečlivě tají.

A k čemu jsou nanovlákna dobrá?
Filtrační média a systémy
Nanomateriály jsou porézní a tzv. dýchají. Na druhou stranu, velikosti pórů jsou příliš malé na to, aby propustily jakékoli baktérie, či dokonce viry. Nanovlákenné textilie tedy vykazují vynikající filtrační účinnost. Ta pak najdou své místo ve filtrech pro čisté prostory laboratoří, chirurgické sály a další prostory, kde jsou nejvyšší nároky na čistotu ovzduší bez baktérií a ostatních mikroorganismů či mikročástic. Proti velikosti pórů ve vrstvách z nanovláken je každý mikrob obrovský. Nemá šanci prolézt.

Tkanina z nanovláken obsahuje tzv. fotosenzitizery. To jsou chemické látky citlivé na světlo. Na světle přenášejí svou energii na kyslík. Vzniká tím vysoce oxidativní kyslík. Ten je pro bakterie prudce toxický a usmrtí je. Tkanina se tak se sama dezinfikuje. Je to důležité i proto, že zachycené mikroby by časem mohly prorůst i těmi malými póry mezi nanovlákny.

Biomedicínské aplikace
Vzhledem k faktu, že struktura nanovlákenné textilie je podobná struktuře mezibuněčné hmoty lidské tkáně, je nasnadě, že své využití naleznou nanovlákna i v medicíně. Textílie z nanovláken mohou být použity ke krytí ran, kde zajišťují průnik kyslíku, odtok exsudátu (tj. zánětlivého výpotku z krevních a mízních cest) a současně brání bakteriím ve vstupu do rány. Zároveň na takové krycí textilie mohou být navázány některé podpůrné látky – antimikrobiální a hojení urychlující léčiva.
V rámci tkáňového inženýrství pak mohou být nanovlákna využita pro rekonstrukci kůže, kostí, cév, svalů i nervové tkáně. Mezi další pokročilé způsoby využití vlastností nanovláken v oblasti biomedicíny patří i doručování a řízené uvolňování léčiv či buněk, které využívá extrémně vysokého povrchu nanovláken - jako např. buňky produkující inzulin u cukrovky do slinivky břišní, nebo silikonové implantáty v kosmetice.

Využití v průmyslu
Nanovlákenné textilie též vykazují výborné absorpční schopnosti zvuku ve slyšitelném spektru, tzn. velmi dobře pohlcují zvuky. Díky těmto vlastnostem pravděpodobně najdou široké využití při odhlučňování interiérů v automobilovém, leteckém a stavebním průmyslu. Vynikající mechanické vlastnosti materiálu z nanovláken v poměru k jeho váze nabízí také potenciální využití nanovláken pro výrobu kompozitů (materiály, vzniklé umělým složením různých materiálů). Průměry nanovláken jsou výrazně menší než vlnová délka světla, z čehož vyplývá, že nanokompozitní materiály se stanou transparentními, tj. budou průhledné – lidskému oku neviditelné. Kompozity z karbonových nanovláken mohou v budoucnu představovat supermateriály s dosud nepřekonanými pevnostními charakteristikami. Pozitivní výsledky počátečních testů karbonizace nanovláken pak otevírají další možnosti jejich využití jako katalyzátorů.

Mnoho možností využití nanovláken v běžné praxi ale na své objevení ještě stále čeká.