Nanočástice jsou pouhým okem neviditelné, přesto zásadně proměňují svět kolem nás. Jejich využití se šíří do dalších a dalších oborů. Přinesly lidstvu odolnější displeje telefonů, polopropustný materiál Gore-Tex nebo v minulých měsících hodně zmiňované roušky, které díky nanofiltrům nepropouštějí viry.
V České republice se v posledních letech toto odvětví prudce rozvíjí a ve vývoji a průmyslové produkci nanovláken se tuzemsko řadí mezi světové lídry.
S myšlenkou, která položila základ nanovědy a nanotechnologií, přišel v roce 1959 americký fyzik Richard Feynman, když představil nadčasovou teorii o tom, že i ty nejmenší objekty disponují dalším místem ve svém nitru. Skutečný průlom v nanotechnologiích však nastal až v roce 1981, kdy Gerd Binning a Heinrich Rohrer vytvořili skenovací tunelový mikroskop (STM), jenž vědcům a výzkumníkům poprvé umožnil vidět atomy na povrchu materiálů. Vědcům se otevřely zcela nové obzory a postupně začali přicházet na to, jak uplatnit nanomateriály v jednotlivých odvětvích.
První produkty s použitím nanotechnologií se na trhu začaly objevovat už začátkem nového tisíciletí. Byly mezi nimi odlehčené automobilové nárazníky odolávající poškození, pevnější tenisové rakety, terapeutická kosmetika s hlubokým průnikem aktivních látek, skleněné povrchy odolné vůči poškrábání či vylepšené displeje pro televizory, mobilní telefony a digitální fotoaparáty. Aktuálně Evropská komise odhaduje tržní hodnotu sektoru nanotechnologií na jeden bilion amerických dolarů, přičemž předpokládá další růst.
Češi v nanotechnologiích excelují
Česká republika se v posledních letech zařadila mezi „nanovelmoci“ a je světovým lídrem ve vývoji a průmyslové výrobě nanovláken. Na vzestupu jsou tuzemské nanotechnologie i v dalších průmyslových oborech. „Čeští nanotechnologové vyrábějí prokazatelně nejlepší hologramy na světě. Češi jsou také první a dosud jediní, kdo zvládl výrobu nanooptiky pro běžná svítidla a čidla. Produkujeme globálně nejúčinnější nanotechnologické čističky vzduchu na bázi fotokatalýzy. V tuzemských nanotechnologických firmách se vyrábí třicet procent světové produkce elektronových mikroskopů,“ nastínil předseda Asociace nanotechnologického průmyslu Jiří Kůs.
V souvislosti s epidemií COVID-19 se zájem o sektor výroby nanovláken znásobil. „Poptávka po českých produktech z nanovláken se za posledních šest měsíců rapidně zvýšila a spolu s ní i zájem o další nanotechnologické výrobky. V některých českých firmách jde o více než tisícinásobné zvýšení poptávky. Široká veřejnost v souvislosti s ochranou proti respiračním onemocněním objevila vysoce účinné nanovlákenné filtry v ústních rouškách a respirátorech nejvyšší třídy ochrany. Díky tomu se lidé začali více zajímat také o ostatní tuzemské nanotechnologie,“ doplnil Kůs.
Vlastnosti nanovláken využívá lékařství i kosmetika
Mezi nejvýznamnější české společnosti, které se zabývají nanotechnologiemi, patří Contipro z Dolní Dobrouče. Společnost je jedním ze čtyř největších světových producentů kyseliny hyaluronové, zároveň však vede rozsáhlý výzkum v oblasti nanotechnologií. Hlavním předmětem jsou nanovlákenné systémy a jejich využití v medicíně a kosmetice. „Před deseti až patnácti lety, kdy jsme začínali, bylo velice lákavé umět převést hyaluronku i do nanovlákenné formy. V nanovláknech byl velký potenciál, protože nanomateriály mají specifické vlastnosti, kupříkladu se rychle rozpouštějí. Vykazují zcela unikátní vlastnosti oproti hyaluronce ve formě prášku, tenkého filmu nebo hydrogelu. Od začátku vývoje jsme přitom směřovali k medicíně,“ vysvětluje Marek Pokorný, vedoucí vývoje nanotechnologií.
Nanovlákna, která vyrábí firma Contipro na vlastním přístroji, jsou důležitým prvkem při léčbě a hojení ran. Umožňují mnohem větší průnik léčivého přípravku do pokožky než standardní produkty. „Nanovlákna mají velký měrný povrch, což znamená, že jsme z nich schopni rychle uvolnit aktivní látky, například léčiva. To je skvělé pro hojení ran nebo oftalmologii. Rychle se rozpouštějí a jsou takovou instantní záležitostí. Navíc je výrobek suchý, tím pádem v něm nemusejí být konzervační látky, stabilizátory, ani žádná další aditiva. Nanovlákna z kyseliny hyaluronové, která je sama aktivní farmaceutickou látkou, jsou rozpustná v obyčejné vodě,“ vysvětluje Kateřina Knotková, vedoucí skupiny, která se zabývá aplikací nanovláken.
Vlastnosti nanomateriálů zlepšují život v mnoha oblastech
Potravinářský průmysl dokáže za použití nanomateriálů vyvíjet obaly, které udrží potraviny déle čerstvé. S pomocí nanosenzorů lze zase detekovat úroveň CO2 a měřit teplotu na úrovni buněk. Půda s přídavkem stimulátorů růstu s nanočásticemi zajišťuje rostlinám lepší příjem živin a vody. Lidský organismus může prostřednictvím nanokapslí efektivněji čerpat nutrienty z potravin. Nanomateriály jsou též přidávány do studní za účelem pročištění vody.
Oděvní průmysl dokáže s použitím nanomateriálů zvyšovat odolnost oděvů vůči zašpinění a poškození. Jde o výhodu zejména pro výrobce sportovních oděvů, kteří produkují antibakteriální a funkční oblečení. „Nanotechnologie nám v textilním průmyslu umožňuje vytvořit úplety ze speciální příze ošetřené permanentní antibakteriální přísadou na bázi nanočástic stříbra nebo zinku. Produkujeme výrobky, které vykazují revoluční vlastnosti: permanentní antimikrobiální a antibakteriální funkce. To znamená dlouhodobé prostředí bez zápachu, a tím zaručený pocit hygienické čistoty. Výrobky rovněž není nutné žehlit, jsou resistentní vůči mastnotě, vodě, olejům a kyselinám,“ vysvětluje Peter Nádvorník, jednatel české společnosti Nanospol, která vlastní technologicky vyspělou textilní výrobu s dlouholetou tradicí.
Při využívání nanomateriálů ve stavebnictví či architektuře se zase výrazně projevuje jejich ekologický i ekonomický aspekt. Příkladem mohou být laky, které zabraňují oděru povrchů, nebo fasády odpuzující vodu i prach. Nanotechnologie ve stavebnictví také snižují váhu materiálů, prodlužují jejich životnost a zvyšují stěžejní vlastnosti, jako jsou například tepelná a vodní izolace.
Co jsou nanotechnologie:
Nanotechnologie umožňují vědcům zkoumat materiály na úrovni atomů a vidět částice, na které je lidské oko krátké. Tyto částice se měří v nanometrech, přičemž 1 centimetr činí 10 milionů nanometrů.
Díky analýze těchto miniaturních struktur jsou vědci schopni vyvíjet látky a materiály s novými a zdokonalenými vlastnostmi a sledovat procesy mikroskopických rozměrů. Oblasti medicíny, informačních technologií, průmyslu či biotechnologií posouvají nanotechnologie mílovými kroky vpřed.
