Nanospider zahájil nanorevoluci

29 Lis

Vnímavého člověka otevřeného informacím (nemáme na mysli jen žebříčky hitparád a častopisy o celebritách a televizních seriálech) musí naše doba strašně bavit. Zrovna letos je to samá „pecka“. Aspoň z hlediska toho, co se lidem v poslední době podařilo na poli vědy a techniky. Skoky v genetice, léčbě dosud neléčitelných chorob, je už dokonce možná možná teleportace a podobně. Jedna skutečná bomba pochází z Liberce. Přesněji řečeno z Technické univerzity v Liberci (TUL), které se podařilo během dvaceti měsíců vyvinout technologii na výrobu nanovláken a během čtyř měsíců byl ve společnosti Elmarco postaven prototyp stroje, který je schopen nanovlákna vyrábět průmyslově. Stroj samotný už je technicky natolik „vymakaný“, že ho lze vyrábět komerčně pro české uživatele a na export.

„Až vyřídíme ještě několik administrativních záležitostí, jako například různé atesty a certifikáty pro povolení průmyslové výroby, můžete si ho objednat. Dodáme vám ho za tři, možná čtyři měsíce, ale ne déle. Při výrobě jsme závislí na několika velmi specifických dodávkách komponentů ze zahraničí, jinak bychom vám ho dodali dříve. Myslím, že od dubna roku 2005 můžeme přijímat objednávky na výrobu stroje,“ řekl Ing. Jiří Tůma, který ve firmě Elmarco celý stroj zkonstruoval a řídil výrobu prototypu. Cena stroje bude mezi 30 až 40 miliony korun a bude nosným výrobním programem firmy Elmarco, která se dosud zabývala velmi náročnou výrobou plastů pro polovodičový průmysl.

Co je nanovlákno?

Stroj byl nazván NANOSPIDER. Je to naprostý světový unikát, navíc uskutečnit takový projekt během dvou let je téměř zázrak. Nanovlákna jsou totiž textilií 21. století. Jejich průmyslové využití (vyrobit je v laboratoři není až tak velký problém) je zcela přelomovou záležitostí. Kdo je dokáže vyrábět ve velkém, ten vyhrává ve světové ekonomice jakýsi jackpot. Nanovlákna mají submikronový průměr, který se udává v nanometrech (miliontinách milimetru – 10-9). Nanospider vyrábí vlákna o průměru 100 – 300 nm, čili jsou výrazně slabší, než je vlnová délka světla (ta má frekvenci 390 až 760 nm). Nanospider umí vyrobit textilii, jejíž čtvereční metr váží v řádech desítek gramů. Při prezentaci Nanospideru před se našima očima navíjela na cívku textilie, jejíž hmotnost byla 25 g na m2. Objemnost vlákna je volitelná. Při jiném nastavení byla vyrobena textilie o váze 18,5 g/m2. Přitom podkladová textilie spunbond z polypropylenu (PP) měla hmotnost 18 g/m2, nanovlákenná vrstva polyvinylalkoholu (PVA) měla hmotnost 0,5g/m2. Poměr velikosti průměru nanovlákna a fotbalového míče je roven zhruba poměru velikosti fotbalového míče a zeměkoule. Vlákno nelze vidět pod optickým mikroskopem, viditelné jsou jen jeho shluky, v nichž jsou miliony nanovláken.

Vlákna se dosud pokoušela vyrobit ve spolupráci s univerzitami řada japonských, korejských a amerických firem. Metoda tažení proudem horkého vzduchu (meltblown) produkuje vlákna o velikosti 1000 až 2000 nm. Metoda rozpouštění polymerního pojiva z mořských řas má lepší výsledek, ale je nespolehlivá a příšerně drahá. Liberečtí se zaměřili na třetí metodu, která využívá elektrické pole (elektrospining), a vyvinuli laboratorní model zvláknovacího stroje. Vyrábí vlákna o řád menší, než je možné dosáhnout metodou meltblown. „Zmenšení na 50 nm je možné,“ poznamenává šéf výzkumného týmu prof. Oldřich Jirsák. Několik desítek světových firem je ve fázi přechodu od výzkumu k vývoji. Přechod od vývoje k výrobě zvládly jen Technická univerzita Liberec a Elmarco. Nanospider měl českou premiéru v Liberci, na jaře bude představen světu na veletrzích textilních strojů v Ženevě (v dubnu) a Frankfurtu nad Mohanem (v červnu).

Kdo to vymyslel?

Princip výroby je z laboratoře týmu prof. Oldřicha Jirsáka z katedry netkaných textilií Technické univerzity Liberec (prof. Jirsák je současně prorektorem TUL). Pětičlenný tým pracoval na výzkumném úkolu zvláknění polymerů a „zabočil“ do možností, jak výsledky výzkumu využít při výrobě nanovláken. Liberečtí výzkumníci se ukázali jako potentnější než početnější týmy financované miliony či miliardami dolarů či jenů. „Metoda elektrospiningu je známa asi pět let či spíše pět let se o ní píše. My jsme postavili funkční model, který opakovaně a regulovatelně nanovlákna vyrábí, a utratili jsme za to půl milionu korun. Bylo v tom fandovství a pak jsme měli také trochu štěstí, které přeje hlavně připraveným. Myslím, že teď máme asi tak roční náskok před konkurencí,“ říká prof. Oldřich Jirsák. Vedení univerzity se pak spojilo s firmou Elmarco, v jejímž čele stojí Ing. Ladislav Mareš. Vznikla teprve v roce 2000, ale má se velmi dobře k světu zejména ve využití hi-tech technologií. Univerzita si nechala 8. září 2003 objev patentovat, ponechala si práva k patentům a udělila exkluzivní licenci Marešově společnosti pro výrobu a komerční využití. Díky lidem z Elmarco se vývojový tým rozšířil na dvacet lidí a konstruktér Jiří Tůma vyprojektoval Nanospider a vyrobil funkční prototyp za čtyři měsíce. TUL bude mít samozřejmě podíl na zisku, až se stroj začne prodávat na trhu.

Pilotní událost

„Tato spolupráce je vlastně pilotní událostí té cesty, jakou chceme jít. Čili otvírat výzkum směrem k průmyslovému využití. Nechceme na škole jenom učit a u toho dělat ‚nějakou‘ vědu, chceme to vlastně obrátit,“ říká prof. Vojtěch Konopa, rektor Technické univerzity v Liberci, který je na vydařený projekt patřičně hrdý. Nanospider je vlastně dalším článkem bohaté tradice vývoje textilních strojů. Na stejné půdě vznikl v roce 1953 ve své době zcela přelomový vodní tryskový stav. Nanospider má v sobě také obrovský komerční potenciál a zisk bude vítaným příspěvkem do rozpočtu školy a financování dalšího výzkumu. Na otázku, kolik prodaných strojů, resp. podíl ze zisku na jejich prodeji, naplní rozpočet TUL, odpověděl prof. Jirsák bez mrknutí okem: „Pět set šedesát.“

Co umějí nanovlákna

Nanovlákna mají vlastnosti přímo neuvěřitelné. Vyrábějí se z dobře směrovatelných částic na úrovni velikosti molekul a atomů. Lze prakticky vyrobit jakýkoli materiál s požadovanými vlastnostmi. Mají obrovský měrný povrch, vynikající mechanické vlastnosti v poměru k váze, velikost pórů je velmi malá. Provozní výrobní náklady technologie TUL/Elmarco jsou nízké, zvlákňování vodních roztoků polymerů probíhá v elektrickém poli, takže výroba bez chemických rozpouštěděl je tudíž ekologická, odpad je prakticky nulový. Nanovlákenné textilie mají vynikající filtrační vlastnosti a mají potenciál, na jehož základě vzniknou nové generace bariérových materiálů a lékařských aplikací. Obvazy vyrobené z nanovláken nedají šanci infekcím, v prostředí nanovlákenných „krytů“ lze nechat bezpečně růst nové cévy, svaly, kosti, pokožku, léčit popáleniny. Tkáňoví inženýři či spíše genetici při vytváření tkáňových náhrad, biomedicína celkově vidí obrovskou šanci. Z nanovláken lze vyrábět separační membrány nebo inteligentní filtry, jež současně zadrží bakterie, přitom mohou obsahovat i protilátky proti virům. Nanovlákna jsou porézní, „dýchají“, přitom jimi nepronikne prakticky nic. To nabízí využití od průmyslu přes medicínu až po armádu. Hasiči a záchranáři v oblecích a maskách z nanovláken budou chráněni před jedovatými zplodinami a toxickými látkami, armáda už zcela jistě plánuje využití proti chemickým zbraním. Vědci a lékaři se budou cítit mnohem bezpečněji při výzkumu smrtelných infekčních chorob. Podaří-li se zvládnout výrobu různých kompozitů, pak nepochybně vzniknou neprůstřelné oděvy pro vojáky a samozřejmě celá škála ochranných pomůcek pro armádní a civilní sektor Bossové tabákového průmyslu také zatleskají, vytvořit cigaretu s filtrem, jímž nepronikne žádný dehet, to je šance prohlásit kouření za téměř ekologické. Výpočet možností je skutečně nekonečný. Velmi převratná tkanina goretex pro normální i extrémní sportovce (horolezce, vodáky, jachtaře atd.) je už nyní vlastně zastaralá.

Přichází nanorevoluce

„Zatím jsme nejdále ve vývoji filtračních materiálů a velmi úzce spolupracujeme s různými lékařskými pracovišti a Ústavem makromolekulární chemie, abychom především pomohli medicíně. Hodně se teď zabýváme tím, které obory dokážeme těmi materiály ovládnout. Za pár let se budou nanomateriály používat ve všech oborech lidské činnosti. Například díky nanostrukturám, jež se nazývají dendrimery, lze dopravit krevním řečištěm lék přesně na místo, kde je ho třeba. Na obzoru je revoluce v textiliích – jednak vzhledem k vlastnostem nanovláken a pak také kvůli ceně. Čtvereční metr jsme schopni vyrábět v řádu korun. Nanovlákna mají také vynikající vlastnosti jako zvukové absorbéry, čili jejich použití v hlučném prostředí, v letadlech, autech, vůbec v dopravě a podobně má obrovské možnosti,“ předestírá profesor Oldřich Jirsák. Lze dodat jen to, že Nanospider odstartoval nanorevoluci – světovou revoluci v českém provedení, která bude mít mnohem užitečnější dopad než ruský výstřel z Aurory.

Leave a Reply