Vláda a nanotechnologie: Jedna velká promarněná šance

Označit někoho jako průkopníka zní možná dnes trochu archaicky. Ale přesně tím David Lukáš, emeritní rektor Technické univerzity v Liberci, je. Spolu s dalšími kolegy vyvinuli zcela novou nanovlákennou technologii. Linku, jež dokáže spřádat nanovlákna takzvaným elektrickým dechem. Objev mohl dokonale odlehčit Čechům i zdravotnictví v době pandemie, ale… nestalo se. „Mám dojem, že Česká republika promarnila možnost spolehnout se v krizové situaci na své vlastní síly. V prvních dnech jsem se domníval, že je to taková zakořeněná česká malověrnost, ale ve hře byl zřejmě byznys,“ říká profesor Lukáš, který nyní sbírá munici na možnou druhou vlnu koronaviru.

Nebýt koronakrize, o nanovlákenných materiálech by se nejspíš mluvilo pramálo. Přitom Češi udělali v tomto směru díru do světa – tým kolem emeritního rektora Technické univerzity v Liberci Davida Lukáše vyvinul technologii, která textilnímu oboru dala příležitost nevídaných rozměrů. A zatímco město, kraj a místní dělali během jara prodchnutého strachem z nemoci covid-19 vše možné, aby vědce ze své univerzity podpořili, stát… o to moc nestál. Pro pochopení, co v Liberci dokázali, je ale nezbytné porozumět, o čem je vlastně řeč. Dovolte tedy nejprve malý exkurz do světa nanotechnologií.

Neo: Kde to vlastně všechno začalo? Kdy se začala psát historie vašeho nanovlákenného výzkumu?

Vidíte, asi to už ani nedokážu přesně přiřadit k jednomu roku. Ale řekněme, že to bylo v nultých letech tohoto století. Naši katedru netkaných textilií tehdy vedl můj kolega, profesor Oldřich Jirsák, a v době, kdy měl zapůjčené vysokonapěťové zdroje z USA, přišel s myšlenkou zkusit u nás vyrábět nanovlákna metodou elektrického zvlákňování. Málo se ví, že se zmínka o technologii výroby nanovláken váže již k roku 1888. Tehdy o ní mluvil britský fyzik Boys, ale do těch nultých let žilo elektrické zvlákňování spíš v laboratořích, než že by byla vyvinuta zařízení pro průmyslovou výrobu. Je zdokumentováno, že takovými zařízeními disponovaly Spojené státy a také bývalý Sovětský svaz. Ale nikdo nevyráběl zařízení pro masovou průmyslovou výrobu nanovláken. Téma jsme otevřeli až my na naší katedře. Patent, který povýšil laboratorní výrobu nanovláken na průmyslovou, má šest původců. Kromě mě a pana profesora Jirsáka to byla moje kolegyně Lenka Martinová, naši dva skvělí technici Václav Kotek a Filip Sanetrník a také Jiří Chaloupek. Právě oni otevřeli dveře k průmyslové výrobě. Kdybych měl hovořit o sobě, já se tehdy nezabýval technologií, ale teorií toho procesu. Spolu s kolegy jsme napsali úvodní článek o elektrohydrodynamických nestabilitách, který vysvětlil jev, na základě něhož zvlákňování z volných povrchů polymerních roztoků probíhá. Nemluvím nesrozumitelně, nebo je to pochopitelné?

Neo: Zatím v pořádku, docela se chytám.

Zkrátka je paradox, že samotná technologie výroby nanovláken metodou elektrického zvlákňování (tj. elektrospinningu) je velmi stará. A přitom nikdo od těch nultých let nepřišel s žádným objevem týkajícím se masové průmyslové výroby. O vzkříšení výroby nanovláken na základě takzvaných jehlových spinnerů se v 90. letech zasloužil americký elektroinženýr Reneker. Jeho metoda vypadala tak, že nanovlákna jsou emitovaná ze špičky velmi jemné kapiláry v elektrickém poli. Výrobnost takových zařízení byla v desetinách gramů za hodinu, tedy velmi malá. Přínos našeho kolektivu vedeného profesorem Jirsákem byl v tom, že jsme ukázali, že můžete zvlákňovat ne z kapilár, ale z takzvaných volných vrchů polymerních roztoků, na kterých se samoorganizací tvoří jednotlivé trysky, to znamená tenké proudy polymerního roztoku. V elektrickém poli zvlákňovacího prostoru jsou díky dloužení účinkem elektrických sil zbaveny rozpouštědla a přetvářejí se v pevnou hmotu, což jsou právě nanovlákna.

A ještě bych měl říct, že tehdy pan profesor Jirsák měl velmi šťastnou ruku, když se dal do spolupráce s firmou Elmarco, protože tato společnost vstoupila na trh se stroji pro průmyslovou výrobu. Byl to odvážný krok, protože se na prodeji strojů nevydělá tolik jako na prodeji výrobků vyrobených jedinečnou technologií. Oni přesto na tento tenký led vstoupili. Jistou dobu měli i finanční potíže, ale s těmi se naštěstí vypořádali a dnes jsou na základě našeho patentu, pro který získali od univerzity výhradní licenci, dominantním světovým výrobcem.

Neo: Už se celkem orientuji, ale povězte mi, v čem je skutečné vítězství vašeho objevu?   

Budu teď hovořit o patentu na takzvané střídavé zvlákňování, říká se tomu AC elektrospinning. Od stejnosměrného (DC) elektrospinningu se liší v tom, že používáte nikoliv stejnosměrný, ale střídavý zdroj napětí. Ve stejnosměrném elektrospinningu potřebujete takzvanou protielektrodu. Polymerní roztok je zpravidla nabit kladně v kontaktu s takzvanou zvlákňovací elektrodou. Protielektroda, takzvaný kolektor, je nabita záporně. Vlákna jsou elektrickými silami vytvořena, dloužena a dopravována od kladné elektrody k té záporné. Kdežto při AC elektrospinningu nepotřebujete protielektrodu a zvláštní fintou se nanovlákna rodí nad jedinou zvlákňovací elektrodou a jsou potom unášena takzvaným elektrickým větrem v podobě závoje z nanovláken. Můžete je navést na jakoukoliv další část technologie, kterou potřebujete nanovlákny obohatit. Říkám to alespoň trochu srozumitelně?

Neo: Tak je to trošku vyšší dívčí, jak se říká, ale chápu, že jsou to dva způsoby, které se dají kombinovat podle potřeby výroby. Když se ale vrátím ještě o těch dvacet let zpátky, čekali jste úspěch, nebo jste si moc nevěřili?

No, možná úplně ze začátku, při zdokonalování DC elektrospinningu i objevu AC elektrospinningu, jsme byli skeptičtí všichni. A to z toho důvodu, že nanovlákenná hmota či nanovlákenné vrstvy vyráběné tímto způsobem se výrazně odlišují od jakýchkoliv jiných vlákenných klasických textilních vrstev. A to především tím, že nanovlákna vyráběná z uhlíkatých polymerů nejsou příliš mechanicky pevná. Vy s těmito materiály nedokážete manipulovat bez nějakého substrátu, bez nějaké v uvozovkách podložky, na kterou jsou nanovlákna nanesena. Jejich mechanické vlastnosti jsou opravdu velmi kuriózní. Na druhou stranu tyto vrstvy jsou velmi flexibilní a mají například schopnost napodobovat takzvanou mimobuněčnou hmotu, která je uvnitř živých mnohobuněčných organismů, a proto tyto materiály poskytují možnosti aplikace, pro které klasické textilní materiály použitelné nejsou. Čili počáteční skepse byla v tom, že se nanovlákenné vrstvy nevyrovnají klasickým textilním vrstvám, jejich mechanické vlastnosti jsou špatné.

Proč stát neměl o nanovlákna během koronakrize zájem? O co jsme kvůli tomu přišli?  A vypadá to, že jsme se pro případnou druhou vlnu poučili? Celý rozhovor přinášíme v časopise Neovlivní.cz. Objednávejte ZDE: