Před patnácti lety v červenci 2004 obletěla celý svět senzační zpráva: tým profesora Oldřicha Jirsáka z Technické univerzity v Liberci objevil technologický postup průmyslové výroby polymerních nanovláken a ve spolupráci s libereckou firmou Elmarco i zařízení pro jejich výrobu – Nanospider. Postup průmyslové výroby nanovláken elektrickým zvlákňováním – takzvaným electrospinningem – odstartoval doslova průmyslovou revoluci v oblasti nanotechnologií. Za tento badatelský úspěch byl profesor Jirsák oceněn řadou vyznamenání včetně medaile Za zásluhy, kterou mu v roce 2008 předal prezident Václav Klaus. V sobotu 8. června přidal do své sbírky diplom a nominaci na Čestné uznání společnosti Mensa České republiky. Čestné uznání za rok 2019 nakonec získal vynikající chirurg Bohdan Pomahač. Profesora Jirsáka jsme po patnácti letech od jeho objevu požádali o rozhovor: Někdy se o vás psalo jako o vynálezci nanovláken. Co na to říkáte? To je opravdu úsměvné. Kdepak, to jsem nebyl já. To byl hodně dávno někdo daleko moudřejší a mocnější. Nanovlákna jsou všude kolem nás od počátku světa, jenomže jsou tak malá, že je nevidíme. Lidé je objevili díky stále dokonalejším mikroskopům a desítky let je zkoumali v laboratořích. My jsme jen společně s kolegy přišli na to, jak je průmyslově vyrábět. Nanovlákna byla až do vašeho objevu vytvářena jen v laboratořích. Je jejich průmyslová výroba váš největší úspěch? Během své práce na univerzitách i v průmyslu jsem se svými kolegy dosáhl více vědeckých výsledků. Průmyslový postup výroby nanovláken je jedním z nich a možná se v budoucnu ukáže, že je nejvýznamnější. Nanomateriály jsou fenomén, který má obrovskou budoucnost, a možná ještě ani netušíme, jakou mají perspektivu. Pronikají do mnoha průmyslových odvětví, uplatňují se zejména v oblasti filtrace a v textilním, leteckém a automobilovém průmyslu, ve stavebnictví, a už i v medicíně. Jedná se skutečně o kvalitativně nový materiál, velmi odlišný od všeho, co bylo do té doby běžně k dispozici a který čeká na další aplikace. Od roku 2004 je o něj v průmyslu i ve vědeckých institucích velký zájem. V roce 2010 bylo v oblasti nanovláken přiznáno celosvětově na 400 patentů, týkají se vývoje technologií i aplikací a celosvětově se už počty těchto patentů počítají v desítkách tisíců. Jen na liberecké univerzitě jich bylo uděleno více než dvacet. Například v roce 2009 jsme patentovali způsob přípravy nití, které jsou pokryty vrstvou nanovláken, a nyní se vyvíjejí filtry na této bázi. Řada patentů se týkala konkrétních aplikací, namátkou si vzpomenu na unikátní nanovlákennou membránu Romana Knížka, která se osvědčila u sportovních a speciálních ochranných oděvů pro armádu či hasiče, protože dokáže propouštět vodní páru, a přitom nepropouští kapaliny. Na naší univerzitě byl vyvinut nový materiál, který může v budoucnu vést k syntetickým maloprůměrovým nanovlákenným cévním náhradám. Naši vědci pracují v oboru tkáňového inženýrství s nanovlákennými polymerními vrstvami aplikovanými v medicíně. Takovým strukturám se říká scaffold, česky lešení. Je to struktura tvořená nanovlákny, která se osází buňkami a následně nahradí plnohodnotnou tkáň. Může to být kostní tkáň, nervová tkáň, chrupavka nebo například náhrady kůže. Po implantaci do těla scaffold degraduje a výsledkem je plnohodnotné obnovení poškozené, nemocné či chybějící tkáně. Už sklízíme první ovoce naší práce a já věřím, že sklizeň bude v budoucnu bohatá. Přibližte nám trochu více, co jsou to nanovlákna a jaké mají specifické vlastnosti. O nanovláknech hovoříme, když mají vlákna průměr od 50 do 500 nm. Získáváme je elektrickým zvlákňováním z přírodních i syntetických polymerů, které mají díky své struktuře vláknotvorné schopnosti. Takových polymerů je dnes už více než sto. Z těch přírodních to je například chitosan. Syntetických je více – jsou to různé fluorované polymery, polyamid atd. Pro nanovlákna je specifický jejich velmi velký měrný povrch. Jestliže materiály stále více rozdrobujeme, zvětšujeme jejich měrný povrch, a tím se zvyšuje množství povrchových molekul, které mají specifické vlastnosti. Jestliže tedy vyrobíme materiál, který má stotisíckrát větší povrch než útvary běžných rozměrů, pak se jeho vlastnosti výrazně změní. Například se podstatně zvýší schopnost absorbovat nebezpečné látky. Na povrchu nanovlákenných útvarů se také zlepšují podmínky pro uchycení a množení živočišných buněk. Dalším určujícím faktorem vlastností nanovlákenných útvarů jsou velmi malé póry mezi nanovlákny. Mnohem menší než v jakémkoliv jiném útvaru. Díky tomu se výrazně zvyšují jejich filtrační schopnosti. Nanovlákenné útvary mají také obvykle velmi nízkou plošnou hmotnost. Hovoříme o 0,1 až 5 g na metr čtvereční. Pro srovnání látka na košili má hmotnost kolem 80 g na metr čtvereční a třeba filc zhruba 1 000 g. To znamená, že ze stejného množství polymerního materiálu uděláme tisíckrát větší plochu. Z takového materiálu můžeme například vyrobit vysoce účinný filtr, který dokáže zachytit i bakterie. Příkladem jsou nanovlákenné roušky pro lékaře. Důležitým fenoménem je i absorpční koeficient, který určuje schopnost materiálu pohlcovat zvuk. Materiál s koeficientem 1 dokáže veškerý zvuk pohltit. Od materiálu s koeficientem 0 se zvuk odrazí nebo jím projde. Materiál prostě nereaguje. Pomocí nanovláken se podařilo absorpční koeficienty podstatně zvýšit. Tyto materiály jsou použitelné zvláště v oblastech s nízkou frekvencí 50 až 1 000 Hz, kde je obtížné hluk absorbovat. Dokážou například odstínit motory, a tím jejich hlučnost snížit. Vyvíjeli jsme i materiály pro tzv. bílou techniku – ledničky, pračky, myčky. Dobře fungují. Problémem je zatím vysoká cena. Můžete nám princip electrospinningu přiblížit? Electrospinning vyžaduje silné elektrické pole a to vždy vzniká mezi nějakými protipóly, mezi dvěma body, mezi bodem a plochou nebo mezi dvěma plochami. Na jeden pól se přivede kladné a na druhý záporné napětí, a tím se vytvoří elektrické pole, ve kterém je možné zvlákňovat polymerní materiály. Polymery se zvlákňují na elektrodě a následně jsou taženy k protielektrodě. Na ní se ta nanovlákna buď usazují, nebo kolem ní probíhá nějaký nekonečný pás, na kterém nanovlákna vytvářejí nekonečnou nanovlákennou vrstvu. Protielektroda může také být ve tvaru drátu rotujícího kolem své osy a pak nanovlákna vytvoří tenkou trubičku. To je třeba základ technologie, která vede k aplikacím v oblasti umělých cév. Jak jste na technologický postup výroby přišel? Byl to cílený výzkum, nebo vám pomohla náhoda? V odborných časopisech jsem četl články o nanovláknech a bylo zřejmé, že v některých laboratořích se jimi vědci intenzivně zabývají. Řekli jsme si s kolegy, že by stálo za to, vyrábět nanovlákna ve větším měřítku. Rozhodli jsme se to vyzkoušet a cíleně jsme se zaměřili na vývoj technologie výroby nanovláken mimo laboratoře. Začali jsme v roce 2002 a měli jsme obrovské štěstí, protože asi během půl roku jsme na princip výroby nanovláken přišli. Jednalo se o princip zvlákňování z válce, který evidentně vedl k vyšší produkci než v laboratořích. V létě 2003 jsme přihlásili patent a začátkem roku 2004 nám byl udělen. Pak jsme mohli uzavřít licenční smlouvu s libereckou firmou Elmarco a veřejně představit první prototyp průmyslově využitelného stroje na výrobu nanovláken. Pracoval na našem principu elektrospinningu. Nazvali jsme ho Nanospider a nabídli ho partnerům z průmyslu. To byl výrazný posun. Nestačí, když něco funguje v laboratoři, průmyslový stroj už musí nějak vypadat, vyžaduje profesionální obsluhu a nesmí ohrožovat ji ani životní prostředí. Budoucnost je tedy v nanotechnologiích? Myslím, že ano. Ale jasno budeme mít tak za sto let (smích). Až uvidíme, kde nanovlákna uspěla, kde ne a co nového se na jejich základě mohlo udělat. To dneska nedokážeme předjímat. Stane se, že něco vyvinete a za pár let se ukáže, že to byla slepá cesta. Nanovlákenné materiály, i když jsou velmi účinné, zatím narážejí na vysokou cenu. Je to logické – i běžné textilní materiály jsou dražší, čím jsou jemnější. A nanovlákenné materiály jsou extrémně jemné. Je šance do budoucna, že by se to zlevnilo? Určitě je. Klíč je v kapacitě výroby. Znám to z oblasti textilních vláken. Když se začala vyrábět takzvaná bikomponentní vlákna, byly potřeba na výrobu jednoho vlákna místo jednoho dva agregáty, a to výrobu prodražilo. Dnes se ale vyrábějí tato vlákna skoro za běžnou cenu. Dosáhlo se toho tím, že se postavily obrovské výrobní linky a kapacita výroby se zvýšila. Pokud si potřeba vyžádá velkokapacitní výrobu nanovláken, může se výroba podstatně zlevnit. Když se bude tato výroba kvantitativně rozvíjet, budou jistě objeveny další výkonnější i levnější technologické postupy. Vědce si mnoho lidí představuje jako člověka zavřeného do laboratoře, bez spojení s okolním světem. Jak vnímáte tuto image vědců? Není pravdivá. Nikdo se dnes nemůže izolovat. Umím si představit teoretika, který nechce pracovat v kolektivu, ale bez styku s okolním světem stejně není, protože přes internet si sežene všechny potřebné informace. V technicky zaměřeném výzkumu taková izolace nepřipadá v úvahu. Musíme vyvíjet to, co někdo potřebuje a co se bude vyrábět. I k výsledku, který byl několikrát oceněn, jsme došli kolektivně. Začínali jsme ve čtyřech. Na prvním patentu, který naši technologii chrání, se v roce 2004 podílelo šest lidí. Nyní se na naší univerzitě věnuje oblasti nanovláken asi stovka lidí. V badatelských týmech jsou profesoři, studenti i lidé z praxe. Úspěchy jsou kolektivní záležitostí a já pracuji v kolektivu rád. A na čem nyní pracujete? Potřebujeme rychle dostat do života různé aplikace založené na nanovláknech a to mě zajímá. Není podstatné, na čem pracuji já. Důležité je, že na naší univerzitě několik skupin vyvíjí nejen technologie, ale i aplikace. Postavilo se univerzitní výzkumné Centrum pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace, které zaručuje výborné podmínky pro vědeckou práci. Na tom, jak se budou do výroby dostávat jednotlivé výrobky a jak bude potřeba dodávat stroje na jejich výrobu, závisí naše úspěšnost a také návratnost investic vložených do výzkumu a vývoje. Moje osoba není důležitá. Jaroslava Kočárková
