Nanopavouk spřádá textilie s unikátními vlastnostmi

1.9.2010 9:02   |  

Nanotechnologie neboli technologie, které pracují s objekty zcela nepatrných velikostí, jsou oborem, v němž se česká věda dostala na světovou špičku. Jejich zřejmě nejznámějším využitím v Česku jsou textilie z nanovláken.

Pomáhají čistit vzduch, ale také hojit poranění. A výzkumníci pracují i na nových uplatněních. Hlavními autory jsou čeští vědci z Technické univerzity v Liberci společně s libereckou firmou Elmarco. Tato firma více než s 250 zaměstnanci konstruuje výrobní linky, na nichž se tyto materiály vyrábějí. „Prodali jsme už přes šedesát strojů, téměř všechny do zahraničí,“ říká jednatel společnosti Elmarco Ladislav Mareš.

Stroje nesou výrobní značku Nanospider (Nanopavouk) a vyrábějí textilie z nanovláken s neobvyklými vlastnostmi. Nanovlákna mají průměr jen asi 50 až 500 nanometrů (miliontin milimetru). V současné době se používají hlavně pro filtrování vzduchu do dieselových motorů. Významně zvyšují jejich životnost, snižují spotřebu i emise.

„Naše stroje jsme prodali například americké firmě Clarcon, která na nich vyrábí filtry, jež dodává výrobcům nákladních automobilů,“ uvádí Ladislav Mareš. „Ale tyto textilie se využívají také ve filtrech v automobilových kabinách, aby dovnitř nevpustily znečištění zvenčí.“

Jiné uplatnění nacházejí tkaniny z nanovláken ve zdravotnictví. Obvazy a náplasti z nich propouštějí vzduch, ale neprojdou jimi bakterie. Zranění se tedy může dobře a bezpečně hojit.

První na světě

Původně nanovlákna vznikala v Nanospideru tak, že je elektrické pole „vytahovalo“ z roztoku nějakého polymeru. Rozpouštědlo se z nich odpařilo a pevná vlákna vytvořila soudržnou vrstvu na jedné elektrodě.

„Rozpouštědlo je drahé, a tak jsme přemýšleli, jak by to šlo udělat jinak,“ vzpomíná profesor Technické univerzity v Liberci Oldřich Jirsák, který za vynález Nanospideru dostal v roce 2006 cenu Česká hlava. „Vymysleli jsme nový postup spočívající v tom, že se místo roztoku polymeru zpracovává jeho tavenina.“

Zařízení Nanospider ročně vyrobí až několik milionů metrů čtverečních textilie z nanovláken. „Byli jsme úplně první na světě, kdo začal stroje na nanovlákna vyrábět. Teď už se nám ale začíná objevovat konkurence v USA a Japonsku,“ konstatuje Ladislav Mareš. „Proto jsme v americkém Morrisvillu v Severní Karolíně a v japonském Tokiu založili naše prodejní pobočky, abychom měli blíž k potenciálním zákazníkům a ukazovali jim, že naše stroje jsou lepší a hodí se pro výrobu zcela nových produktů,“ říká Mareš. „Americká pobočka se stará o USA a o Kanadu, ale teď zrovna dokončuje obchod s Brazílií. Tokijská má na starosti celou Asii a Austrálii.“

Nápady pro nové stroje

Výzkumníci tedy už připravují stroje pro výrobu nanovláknových tkanin, které bude možné použít rovněž pro filtraci vody, olejů nebo pokusných roztoků v laboratořích. Anebo textilií, jež v materiálech pro tlumení hluku fungují jako membrána. Zvukem se rozkmitá, přenese kmitání na další konstrukční část, třeba objemnou vrstvu z normálních vláken, a ta energii kmitání změní v teplo. Hluk se tak snižuje.

„Vyvíjíme také nitě, které jsou pouze na povrchu potaženy nanovlákny,“ ukazuje profesor Jirsák špulku, která na první pohled vypadá úplně obyčejně. „Mají tedy vysokou pevnost a jejich povrch má vlastnosti typické pro nanovlákna – například se na něm dobře množí požadované buňky.

Nanovlákna však mohou najít uplatnění i v něčem, čemu se říká tkáňové inženýrství. „Ve spolupráci s vědci z Technické univerzity, Akademie věd i z dalších laboratoří včetně zahraničních zkoumáme, jak by se z nanovláken daly vytvářet miniaturní konstrukce, na nichž by mohly vyrůstat nové tkáně pro pacienty z jejich vlastních buněk,“ popisuje jednatel Mareš.

Stomilionové obraty

„Loni měla naše firma obrat přes 400 milionů korun, letos čekáme další významný růst tržeb,“ uvádí Ladislav Mareš.

„Na licenčních poplatcích z toho naše univerzita dostává ročně vždy několik milionů. Předpokládáme, že to bude v budoucnu ještě víc,“ dodává profesor Jirsák. „Vylepšuje to rozpočet školy. Ale to není všechno – mimo jiné i díky výzkumu nanotechnologií máme ve světě dobrou odbornou pověst. A to k nám přitahuje chytré studenty, které tady chceme.“

Nanočástice železa čistí vodu od nebezpečných látek

V nanosvětě materiály mění své vlastnosti známé z makrosvěta a přinášejí někdy až nečekaná překvapení. Kousíčky stříbra začnou být jedovaté pro mikroby. Nepatrná vrstvička mědi přestává v magnetickém poli vést elektřinu.

Nanočástice železa na vzduchu okamžitě reagují s kyslíkem a začnou hořet. To proto, že kousíčky železa o velikosti padesáti nanometrů (miliontin milimetru) mají relativně velkou plochu povrchu a ta je vysoce reaktivní.

„A toho se dá využít pro odstraňování nebezpečných látek,“ vysvětluje docent Univerzity Palackého v Olomouci Radek Zbořil. „Nanočástice železa mají velký redukční účinek, takže reagují například s chlorovanými uhlovodíky, které se dostávají do podzemních vod únikem z chemických provozů a ze skládek. Mění je na neškodné chloridy. Podobně redukují i další rozpustné toxické látky na sloučeniny nerozpustné a téměř neškodné.“

Úklid v podzemí

Vědci z olomoucké univerzity společně s kolegy z Technické univerzity v Liberci iniciovali vývoj revoluční technologie dovolující velkokapacitní výrobu nanočástic železa v tunových množstvích potřebných pro reálné sanace v terénu. „Díky spolupráci s oběma univerzitami jsme vyvinuli vlastní unikátní pec, v níž redukčními technologiemi nanočástice připravujeme,“ popisuje Jiří Crhák z firmy Nano Iron v Rajhradu.

Jak dodává, nanočástice z jejich pece by se mohly uplatnit ve velkém hlavně při sanacích podzemních vod kontaminovaných chlorovanými uhlovodíky, uranem, arzénem nebo těžkými kovy. „Náklady na sanaci se díky použití nanoželeza sníží o desítky procent, postup se zrychlí a ještě není nutné odvážet na skládky vedlejší produkty sanace, protože mohou jako neškodné zůstat v podzemí.“

„Všechno jsme vyzkoušeli nejdřív v laboratoři a teď už ve spolupráci s komerčními firmami využíváme nanočástice z firmy Nano Iron pro čištění podzemních vod,“ říká docent liberecké Technické univerzity Miroslav Černík, který se na výzkumu praktického využití nanočástic významně podílí.

„Na místo je vozíme v prášku, v sudech s inertní argonovou atmosférou, aby nám nevzplanuly. Pomocí vrtů je pak dopravujeme do hloubky až patnácti metrů.“

Mají dvě pokusné lokality zamořené chlorovanými sloučeninami, jednu u Hořic v Podkrkonoší a druhou v Písečné ve východních Čechách. „Ukazuje se, že tento způsob sanace půdy je velmi účinný a jeho používání se může rozšířit,“ je přesvědčen docent Černík.

Bude k pití?

Možnost využití nanočástic železa rovnou k čištění pitné vody zkouší zase olomoucká firma H+A Eco Cz, která k tomu ve spolupráci s olomouckými vědci vyvinula speciální přístroj.

„Na maďarském venkově dodávají pitnou vodu z kulatých vodojemů, kde ovšem její úprava není moc dobrá, někde vypadá spíše jako čaj. Spousta lidí si raději vozí pitnou vodu v cisternách,“ popisuje spolumajitel firmy Oleg Lysyčuk. „Pomocí přístroje s nanočásticemi železa jsme přímo v Maďarsku jasně ukázali, že se tato voda dá vyčistit do čiré podoby a přitom se z ní odstraní škodliviny včetně vysoce toxického arzenu, který tam jinak často bývá nad přípustnými limity.“

Nejčastější využití nanotechnologií

» v barvách, které odpuzují špínu
» na povrchu textilních látek zabraňují usazení nečistot
» nanočástice stříbra v ponožkách ničí bakterie a brání vzniku nepříjemného pachu
» ochranné krémy díky nanočásticím titanu lépe odrážejí sluneční paprsky
» uhlíkové nanotrubice a fullereny (v nich jsou uhlíkové atomy složeny do tvaru pořádně zmenšeného fotbalového míče) slouží například v elektrotechnice jako výborné vodivé materiály

Slibné využití nanočástic v medicíně

» mezinárodní výzkum koordinovaný společností Philips zkoumá bublinky z organických látek, na nichž je „nalepen“ protirakovinný lék – těsně u nádoru bublinky rozbije pulz ultrazvuku a léky se uvolní přesně tam, kde mají.
» Společnost Siemens s univerzitní nemocnicí v německém Erlangenu zkouší „nalepit“ protinádorový lék zase na magnetickou nanočástici. K nádoru se pak přiblíží silný magnet, který k němu léčivé částice přitáhne.
» Řada výzkumných týmů zkoumá ničení nádorů teplem – vnášejí do nich nanočástice, které se pak rozehřejí působením magnetického pole

Autor: Josef Tuček

Komentáře

Čtěte také

Porošenko se při cestě na Donbas dostal do přestřelky

Porošenko se při cestě na Donbas dostal do přestřelky

Ukrajinský prezident Petro Porošenko se během inspekce po armádních postech v Donbasu dostal pod palbu separatistů. V Potvrdil to mluvčí protipovstalecké operace Andrij Lysenko. K… více

Komerční prezentace
Mobilní web