Oldřich Jirsák: Na dohled nanovlákenné revoluce

Mezi zlaté momenty české  vědy patří sestavení strojů k průmyslové výrobě nanovláken. Stál za nimi tým profesora Jirsáka na liberecké univerzitě.

O málokterých českých objevech se dá říct, že by obletěly celý svět, a to zvláště v posledních desetiletích. Ale v případě Nanospideru, což je technologie umožňující průmyslovou výrobu nanovlákenné textilie, se to skutečně stalo. Je to přitom „teprve“ dvacet let, co se týmu okolo Oldřicha Jirsáka na Technické univerzitě v Liberci podařilo jako prvnímu na světě vyvinout tento revoluční technologický postup. O nanovláknech se dnes mluví jako o materiálu budoucnosti, který má potenciál proniknout do všech lidských oborů. Ostatně – miliony Čechů se s nimi už potkaly, když se chránily před covidem-19 rouškami z nanovláken.

„Otázku, proč nanovlákna existují, nedokážu zodpovědět, to ví příroda, nebo Bůh. Je však jisté, že bez nich by v živé přírodě prakticky nic nefungovalo,“ říká v rozhovoru pro Neovlivní.cz Oldřich Jirsák.

Možná to nebude trvat dlouho a materiály z nanovláken způsobí přelom v lékařské vědě. Nahradit by mohly části nemocných orgánů, nebo z nich vytvoří celé nové cévy. Už teď slouží znamenitě – třeba při čištění vody či výrobě nepromokavého oblečení nové generace.

Aby tohle všechno bylo možné, musel se najít způsob, jak vlákna tak malá a lehká, že by pouhý gram obtočil Zemi kolem rovníku, vyrábět ve velkém. A tady přichází ke slovu profesor z Technické univerzity v Liberci Oldřich Jirsák, vynálezce Nanospideru. Unikátní technologie, která se dostala mezi sto národních unikátů, jež reprezentovaly zemi v zahraničí u příležitosti stého výročí vzniku Československa.

O objevu Nanospideru hovoří Oldřich Jirsák až neuvěřitelně skromně, byť možnosti jeho využití se ještě dnes nedají podle mnohých expertů ani dohlédnout. Sám vidí budoucnost nanovlákenných materiálů právě v medicíně. „Tam by mohla představovat revoluci podobnou, jakou přineslo zavedení anestetik, objev antibiotik nebo celé řady současných přístrojů, léčebných postupů a léků. Zavádění nových věcí do medicíny vyžaduje více času a prostředků, než je tomu v technických oborech. Současné obrovské celosvětové nasazení vědeckých kapacit a prolínání technických a medicínských disciplín však dává naději, že se mnozí z nás takové revoluce dožijí,“ usuzuje profesor Jirsák, který redakci Neovlivní.cz poskytl písemný rozhovor.

Neo: Co to jsou vlastně nanovlákna?

Nanovlákna jsou jednou z forem nanomateriálů. Zatímco nanočástice mají všechny tři rozměry v řádu nanometrů (miliardtina metru – pozn. red.), nanovlákna se vyznačují dvěma malými a jedním podstatně větším rozměrem. Za horní hranici průměru vláken, aby byla považována za nanovlákna, se považuje ve vědě hodnota sto nanometrů, v technické praxi tisíc nanometrů.

Neo: V jednom rozhovoru jste říkal, že nanovlákna jsou všude kolem nás. Kde všude? V rostlinách, v ovzduší, v nábytku…?

Nanovlákna jsou v přírodě syntetizována rostlinnými a živočišnými organismy a tvoří jejich základní funkční struktury. Z nich se pak skládají například rostlinná vlákna, nervy živočichů a další elementy rostlinné a živočišné říše. Nanočástice v přírodě vznikají například jako zplodiny hoření.

Neo: Jaký mají význam? Když se zeptám hodně laicky: proč vlastně existují?

Základem specifických vlastností nanomateriálů jsou rozdílné vlastnosti molekul umístěných v povrchu částic nebo vláken a uvnitř nich. Čím jsou částice nebo vlákna menší, tím větší mají měrný povrch, a podíl molekul v tomto povrchu je proto větší. Spleti nanovláken se navíc vyznačují malými rozměry pórů. Otázku, proč nanovlákna existují, nedokážu zodpovědět, to ví příroda, nebo Bůh. Je však jisté, že bez nich by v živé přírodě prakticky nic nefungovalo.

Neo: Kdy a proč jste se začal o nanovlákna zajímat? Čím vás přitahovala, zajímala?

Vedle několika zpráv o výskytu velmi jemných vláken již v minulých stoletích zájem o toto téma začal vzrůstat zejména koncem dvacátého století. Nanovlákna byla připravována ve velmi malých množstvích na několika pracovištích, byly vyvinuty různé metody jejich přípravy a studovány jejich vlastnosti. Vzniklo několik vědeckých publikací, které naznačovaly zajímavé potenciální funkční vlastnosti výrobků z nich. Například v roce 2007 vyšla kniha ruských autorů popisující dříve přísně utajovaný vývoj a výrobu nanovlákenných filtračních materiálů pro ruskou armádu již před druhou světovou válkou. O publikacích jsme samozřejmě věděli. Když nám na katedře netkaných textilií v roce 2002 skončil několikaletý projekt technologie Struto, hledali jsme další nosné zaměření výzkumu. A nanovlákna byla jedním ze zajímavých témat.

Neo: V letech 2002 až 2004 vymyslel tým katedry netkaných textilií pod vaším vedením jako první na světě technologii umožňující průmyslovou výrobu nanovlákenné textilie. Jaká byla cesta k tomuto objevu? Dostávali jste se také do slepých uliček, z nichž jste zase museli vycouvat a vydávat se jinou trasou? Nenastal okamžik, kdy jste měli pocit, že objev nepůjde dotáhnout?

Jako technologicky zaměřené pracoviště jsme si položili otázku, zda by bylo možno připravit nanovlákna ve větším množství, nejlépe v průmyslovém rozměru. K tomu jsme vymýšleli a zkoušeli různé metody. Cesta slepých uliček přinášejících zejména skepsi, kudy dál, by zřejmě vedla k ukončení pokusů, nebýt ovšem zarputilosti našeho technika Filipa Sanetrníka, který v pokusech pokračoval. Hlavně díky tomu vznikly poznatky vedoucí k vývoji funkčního modelu, který vyráběl kontinuálním postupem nanovlákna a stal se základem patentovaného postupu výroby. Model také vzbudil zájem majitele liberecké firmy Elmarco, a tak začala spolupráce s touto firmou.

Neo: Bylo při vývoji unikátní technologie zapotřebí podívat se na řešení daného problému z jiného pohledu, než bylo dosud běžné?

Fungování vyvinutého principu nebylo možné odvodit ze známých fyzikálních principů a bylo založeno spíše na pozorování prováděných pokusů. Přestože postup zvlákňování fungoval, trvalo několik let jej fyzikálně popsat.

Neo: Kam byste objev průmyslové výroby nanovláken z historického kontextu zařadil? Bude se o něm za desítky let mluvit jako třeba o prvním přistání člověka na Měsíci nebo objevu penicilínu?

Jaký bude pohled na technologii výroby nanovláken za několik desetiletí, nelze dnes odhadnout. Bude to záležet na úspěšnosti vývoje jejich aplikací, který bude vyžadovat delší čas než samotný vývoj technologie jejich výroby. Některé již vyvinuté technické aplikace, a zejména vyvíjené aplikace v medicínských oborech, však vypadají nadějně. Vedle toho se pravděpodobně objeví i další metody výroby nanovláken, které sníží jejich dosud poměrně vysokou cenu. Již vývoj technologie Nanospider v posledních dvaceti letech přinesl v tomto směru významná vylepšení.

Neo: Jak vlastně vznikl název Nanospider, který posléze oblétl svět? Kdo ho vymyslel a jak jste s ním i po letech spokojený?

Jak název vznikl, si už dnes nepamatuji. Možná jsem ho navrhl já, možná se zrodil v nějaké diskusi naší skupiny. V každém případě to je název šťastný, byl v mezinárodním měřítku okamžitě přijat a dodnes slouží.

Neo: Nakolik je při vývoji a následném využití této technologie důležitá spolupráce vědců s firmami? A také mezi různými vědeckými obory?

Spolupráce s průmyslem a jinými vědními obory je v případě nových technologií a výzev naprosto zásadní. Umím si představit, jak by při uzavřeném přístupu a bez spolupráce s firmou náš první funkční model stál zapomenut někde v koutě laboratoře. Stejně tak by i vyvinutá technologie nenašla uplatnění bez spolupráce v různých aplikačních směrech. Obzvláště výrazně to platí při vývoji medicínských aplikací, který by byl bez lékařských institucí různých zaměření zcela nemyslitelný.

Neo: A co mezinárodní spolupráce?

Mezinárodní spolupráce je dnes standardem, hranice ve vědě mizí. Studenti doktorského stupně studia, kteří jsou významnými činiteli vědy, mají na většině vysokých škol povinnost strávit několik měsíců výzkumem na zahraniční vysoké škole, nebo ve výzkumné instituci. Jen z naší katedry absolvovali současní doktorandi stáže ve Spojených státech, Francii, Japonsku, Polsku a v dalších zemích.

Neo: Před několika lety jste v rozhovoru pro Českou televizi prohlásil: „Nanomateriály jsou fenomén, který má obrovskou budoucnost, a možná ještě ani netušíme, jakou mají perspektivu.“ Už to teď aspoň z části tušíte? Kde všude se už dneska materiály z nanotechnologií používají?

Nanovlákna jsou již využívána pro své vynikající filtrační vlastnosti při čištění plynů a kapalin. Jejich spotřeba výrazně vzrostla v letech koronaviru. Významně se prosadily polopropustné nanovlákenné membrány ve speciálních oděvech pro armádu a hasiče i ve sportovním oblečení, kde tvoří bariéru proti kapalné vodě a větru při současně vysoké prodyšnosti. Vyvinuty byly materiály chránící proti roztočům a okenní zábrany proti pronikání prachu.

Nejširší výzkum se ale celosvětově odehrává v medicínských aplikacích nanovláken, například jako krytů ran, cévních náhrad a tkáňových nosičů jako budoucích konstrukčních prvků částí orgánů nebo celých orgánů.

Neo: Mnozí lidé poznali nanovlákna při koronavirové pandemii, roušky z nanovláken se staly doslova hitem. Potěšilo vás to? A jak jste vnímal to, že se v té době dovážely mnohdy nekvalitní roušky z Číny a politici se ještě předháněli v tom, kdo přivítá napěchované dopravní letadlo z Asie? Nemrzelo vás, že nebylo v tu chvíli více v popředí české řešení s nanovlákny?

Prudký nárůst koronavirové pandemie vyvolal zděšení a potřebu rychlého řešení. Přestože byla nanovlákna v té době již známá, vývoj ochranných prostředků na jejich bázi, příprava výroby a zajištění potřebných kapacit potřebovaly nějaký čas. Bez toho všeho – včetně důkladného otestování funkce a účinnosti výrobků – by vzniklo více škody než užitku.

Neo: Politické části otázky jste se elegantně vyhnul, ale přesto bych se ještě rád zeptal: tuzemští politici rádi říkají, jak podporují českou vědu, kolik peněz na vědu a výzkum opět přidali. Jak to vnímáte z vašeho pohledu? 

Řízení vědy je velmi složitá otázka. Vstupuje do něho mnoho zájmů. Domnívám se, že prostředků vkládaných do vědy, výzkumu a inovací je dost, jejich využití je ale chabé. Příčiny toho lze hledat v oblasti morálky i řízení vědy státem. Například snaha kvantitativně hodnotit výsledky vědy počtem publikací, a na tom základě přidělovat finance, motivuje vědce k intenzivnímu publikování namísto vytváření a realizace lidstvu potřebných výsledků. Cestu k řešení neuspokojivého stavu bych viděl v inspiraci Baťovým modelem (Tomáš Baťa měl nejen propracovaný systém výroby, ale také vývoje a vzdělávání svých zaměstnanců – pozn. red.), izraelské cestě řízení vědy a sázce na mladé, vzdělané a motivované lidi.

Neo: Vraťme se ještě k nanotechnologiím, materiálům z nanovláken. V kterém oboru lidské činnosti vidíte největší potenciál? Kde bychom se třeba za padesát let mohli s těmito materiály nejvíce setkávat?

Co se týče budoucích aplikací nanovláken, nejvýznamnější se mi jeví jejich využití v medicíně, o čemž jsem se už zmiňoval. Tam by mohla představovat revoluci podobnou, jakou přineslo zavedení anestetik, objev antibiotik nebo celé řady současných přístrojů, léčebných postupů a léků. Zavádění nových věcí do medicíny vyžaduje více času a prostředků, než je tomu v technických oborech. Současné obrovské celosvětové nasazení vědeckých kapacit a prolínání technických a medicínských disciplín však dává naději, že se mnozí z nás takové revoluce dožijí.

Neo: Už téměř rok se Ukrajina s podporou západních zemí brání brutální ruské invazi. Nemůže se stát, že nanotechnologie budou někdy v budoucnu zneužity diktátory k jejich agresivním válkám?

Téměř všechno na světě se dá využít ku prospěchu lidstva stejně tak jako k jeho poškozování. To platí i pro nanomateriály. Ale co se týče nanovláken, mě jejich využití k tomu druhému nenapadá. Kdyby to však někoho napadlo, asi by mohl zbohatnout rychleji než v tom prvním případě.

Neo: Když se vrátíme na úplný začátek vaší profesní kariéry. Proč jste si jako mladý muž vybral právě textilie?

Měl jsem to štěstí, že jsem na vysoké škole potkal vynikajícího chemika a technologa, docenta Jana Moravce, který ještě ve firmě Baťa navázal na výsledky skupiny Otty Wichterleho (vynálezce měkkých kontaktních čoček – pozn. red.) týkající se syntézy a polymerace kaprolaktamu. Vytvořil technologii a strojní zařízení pro průmyslovou polymeraci a výrobu vláken a vedl výstavbu závodu na vlákna v Plané nad Lužnicí známého jako Silon. Vedle toho vytvořil přibližně sto padesát vynálezů. Setkání s ním mě přivedlo k výzkumu vláken, sedmileté práci ve výzkumu v podniku Chemlon v Humenném na Slovensku a později do oboru netkané textilie.

Neo: Nikdy jste nechtěl změnit obor, kterému se budete věnovat?

Ne, nikdy.

Neo: Čemu konkrétně se věnujete v současnosti? Stále se zabýváte nanotechnologiemi?

Jsem v pokročilém věku a nemám již sílu na vývoj procesů a strojů, ani se nemohu rovnat mladým a chytrým kolegům. Zabývám se teoretickým výzkumem deformačních procesů textilií a počítačovým modelováním jejich mechanických vlastností.

---

Prof. RNDr. Oldřich Jirsák, CSc.

• Narodil se 22. července 1947 v Hradci Králové.
• V letech 1965 až 1970 vystudoval matematiku a chemii na Univerzitě Palackého v Olomouci.
• Poté nastoupil jako vědecký pracovník do státního podniku Chemlon v Humenném na Slovensku. Věnoval se zde především výzkumu silonových vláken za účelem zlepšení jejich vlastností při výrobě oblečení.
• V roce 1979 nastoupil jako vědecký pracovník na Vysokou školu strojní a textilní v Liberci a později – již na Technické univerzitě v Liberci – se stal vedoucím katedry netkaných textilií.
• Významně se podílel na nové technologii objemových textilií Struto. Podle těchto patentů byly instalovány výrobní linky v USA, Velké Británii, Austrálii, Malajsii, Venezuele a Číně.
• V letech 2002 až 2004 pracovní tým katedry netkaných textilií pod jeho vedením vyvinul jako první na světě technologii umožňující průmyslovou výrobu nanovlákenné textilie.
• V roce 2008 byl prezidentem republiky Václavem Klausem oceněn medailí Za zásluhy o stát v oblasti vědy.
• Je držitelem i dalších ocenění, získal například Cenu Invence projektu Česká hlava nebo Zlatou medaili Technické univerzity Liberec.