• 12/10/2022
  • Podle wizewebsite
  • 476 Pohledy

Vláda a nanotechnologie: Jedna velká promarněná šance<

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. S ohledem na druhou vlnu covid-19 odemykáme rozhovor z letního speciálu Neovlivní.cz. I nyní totiž stát nanovlákna odsouvá na druhou kolej.Vláda a nanotechnologie: Jedna velká promarněná šance Vláda a nanotechnologie: Jedna velká promarněná šance

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?

Prof. RNDr. David Lukáš, CSc. (62)

• Liberecký rodák působil deset let jako vedoucí katedry netkaných textilií a nanovlákenných materiálů a nyní vede oddělení bioinženýrství na Fakultě přírodovědně-humanitní a pedagogické Technické univerzity v Liberci.
• Pět let byl jejím rektorem.
• Vyučuje fyzikální principy tvorby nanovláken, fyziku polymerů a tkáňové inženýrství.
• Je držitelem mnoha ocenění, autorem a spoluautorem mnoha tuzemských, evropských i světových patentů.
• Jedním z jeho největších úspěchů je vývoj linky, která dokáže spřádat nanovlákna účinkem střídavého vysokého napětí. Přístroj dokáže dosáhnout vysoké produktivity. Zařízení dle vývojářského týmu kolem profesora Lukáše může najít využití v oblasti filtrací, ale také v biologii a lékařství, a to například při léčbě zeleného zákalu či pro vytvoření kýlní síťky či jakéhokoli krycího a obvazového materiálu.
• Nyní technologii využívají v boji s novým typem koronaviru.

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.

Vláda a nanotechnologie: Jedna velká promarněná šance

Neo: Jak byste popsal stav, který šel ruku v ruce s úspěchem? Byla to čirá radost?

Pamatuji si, že jsme ve vysokonapěťové zkušebně společnosti EGU Laboratory chytali nanovlákennou vlečku rukama i na provizorní navijáky. Zákazníci koukali s otevřenými ústy. My jsme tehdy vůbec netušili, k čemu je to dobré, a měli jsme z toho takovou dětskou radost, jako bychom právě dokončili pouťové představení.

Neo: Jak složitá je legislativní část podobných patentů?

Nemyslím si, že je to legislativně náročné. Problém je v tom, že na řadě českých veřejných škol nejsou z finančních důvodů profesionální a systematicky pracující oddělení, která by se zabývala patentovým právem a transferem duševního vlastnictví. Na začátku jsou původci myšlenky a vedení univerzity převezme iniciativu až v okamžiku, když se ukáže, že takový vynález k něčemu je. Ale neformuluji to jako výtku. Popisuji současný stav, v jehož výsledky věřím.

Neo: A máme dost nových talentů?

Bezesporu, ale zmínil bych jednu věc. Před deseti lety jsem byl na ročním univerzitním pobytu ve Spojených státech a tam jsem si všiml, že rozdíly mezi námi jsou především v tom, že se na tamních školách koncentrují „mozky“, které loví na vysoké platy a na dobře zorganizovanou akademickou práci po celém světě. Sice jsme se jim vyrovnali v oblasti přístrojové a strojové techniky, ale ve směru „koncentrace mozků“ jsou pro nás zatím nedostižní.

Když jsem se pak vrátil zpět do Česka, tak jsem měl utkvělou představu, že tomuto „handicapu“ můžeme čelit jedině kolektivní inteligencí, což je naše přednost. I proto jsem dával dohromady skupiny z různých oborů – ze strojní fakulty, přírodovědně-humanitní, pedagogické a tak dále. Jsme bezesporu daleko řemeslně a inženýrsky zručnější a zkušenější, než jsou oni, což je mimořádnou výhodou našich technických vysokých učení. Ono to vypadá, že degraduji inženýrskou práci, ale tak to není. Jen jsem chtěl zdůraznit, že spojení mezi přírodovědci a strojaři v USA nezažijete tak efektivní, jako je tomu u nás.

Stejně jsme postupovali i na začátku koronakrize. Tehdy bylo velmi šťastné, že mě náš rektor vzal na schůzku vedenou rektorem ČVUT. Tam se vysoké školy domlouvaly, jak by mohly pomoci hned v počátku koronakrize. A účasten byl i pan doktor Ždímal z Ústavu chemických procesů Akademie věd ČR, který se dlouhodobě zabývá testováním filtrační účinnosti a výrobou nanočástic. My jsme mu poslali vzorky k proměření filtračních vlastností našich AC nanomateriálů a dopadlo to pro nás překvapivě velmi dobře. Na základě těchto experimentálních dat se u nás na univerzitě akcelerovala výroba filtrů metodou AC zvlákňování.

Neo: Síla kolektivní inteligence. Předpokládám, že vás situace kolem pandemie vybudila k ještě větším a lepším výkonům…

No určitě. Tehdy přicházely zprávy především z Itálie a z Číny, jak je tam přetěžované zdravotnictví. Očekávali jsme něco podobného u nás, a tak jsme byli v euforii, že jsme schopni Libereckému kraji a České republice v tomto směru výrazně pomoci. Nadšení kolegů a studentů v tomto období velmi připomínalo třeba rok 89. Každý den jsme přišli s nějakým novým nápadem. Třeba hned po asi týdnu nebo čtrnácti dnech bylo jasné, že naše výroba, která nebyla větší než řekněme maximálně tři tisíce filtrů denně, se musí navýšit a že musíme přenést naše know-how někam do průmyslového prostředí. Což se podařilo takovým husarským kouskem po návštěvě hejtmana Půty, kdy jsme se na univerzitě společně domlouvali, jestli by stálo za to postavit nějaké větší průmyslové zařízení na základě funkčního vzorku, který vyrábí pomocí AC technologie. Domnívali jsme se, že by tato cesta byla příliš dlouhá, a přišli na to, že bychom mohli oslovit Drylog Technologies v Hrádku nad Nisou, zda by upravili linku na výrobu plen na skládání a sekání nanovlákenných filtrů. A protože tam byli někteří naši bývalí doktorandi, opravdu se jim během snad tří dnů podařilo jednu linku se souhlasem majitele přebudovat na výrobu nanovlákenných filtrů. A potom tuto velkovýrobu, která šla až ke sto tisícům kusů za den, zásobovalo Elmarco na základě strojů odvozených právě z toho našeho prvního patentu, DC elektrospinningu.

Neo: Všichni jsme vaše počínání sledovali, ale přišlo mi, že vás na celostátní úrovni – oproti té regionální – příliš nepodpořili. Nebo se pletu?

To máte pravdu. Ten kontrast byl opravdu neuvěřitelný. Tak jak nás podporoval kraj, město, nebo zdejší dodavatelé potravin, kteří nám vozili zadarmo obědy nebo kteří nám věnovali stroj na kávu, tak nic z toho se na státní úrovni neprojevilo.

Mně je to záhadou, protože mám dojem, že Česká republika opravdu promarnila možnost spolehnout se v takovéto krizové situaci na své vlastní síly. V rovině politicko-morální jsme opravdu promarnili možnost ukázat, že jsme soběstační a že bychom naopak byli schopní i pomoci ostatním evropským státům, které třeba trpěly daleko větším nedostatkem ochranných prostředků než my.

Neo: Kde byl problém? Šlo o prostou nedůvěru, nebo o byznys?

Znám hypotézy, že se bohužel jednalo o byznys, ale nemůžu je potvrdit. Ovšem jak sleduji informace ve zprávách, mám dojem, že byznys hrál výraznou roli, byť jsem se v těch prvních dnech domníval, že je to spíše taková zakořeněná česká malověrnost.

Příklad – kdyby miliardy, které šly na ochranné pomůcky do zahraničí, zůstaly v Česku, tak by některé české firmy nebyly v tak špatné kondici způsobené útlumem průmyslové výroby. Na druhou stranu chápu, že tehdy rozhodování nebylo jednoduché. Politici se mohli domnívat: bůh ví, co naše firmy vyrábějí, nemají v rukou žádné certifikáty nově vyvinutých ochranných prostředků. Ale myslím si, že se do risku jít mohlo. A koneckonců máme ústavy, které by byly schopny dávat výrobkům atesty. Mohly být do tohoto procesu atestace oficiálně zapojeny i ústavy Akademie věd, například centrum pana kolegy Ždímala, který tehdy měřil od rána do večera filtry z různých částí naší republiky.

Neo: A jaká je situace nyní? Přerušili jste výrobu, nebo v ní pokračujete?

Výrobu jsme úplně přerušili. Naši strojaři nyní připravují novou verzi zařízení, takže u nás je výroba utlumená. Je ale pravda, že se teď chceme zabývat vědeckými výstupy koronakrize. Třeba se chystáme napsat články do vědeckých časopisů. Snažíme se také funkcionalizovat filtrační materiály tak, aby byly schopny ničit virové částice. Takže jsme se přesunuli do výzkumné pozice, která univerzitě patří a sluší.

Co se týče průmyslového prostředí, tam myslím, že je aktivní třeba firma Obrokov, která vyrábí mikrovlákenné materiály na základě technologie Melt-blown. Dodávala, a i dnes dodává do e-shopů filtry, které se opravdu dají koupit za korunovou cenu za jeden kus. Myslím, že tady v Turnově působí firma Nano Medical, která na základě strojů od Elmarca nabízí velice účinný filtrační materiál. A naše akademické přání spočívá snad jen v tom, že bychom si jako univerzita zasloužili nějakou systematickou podporu výzkumu, vývoje, výroby a vzdělávání v oblasti nanomateriálů a speciálně nanovláken, což je typické pro Českou republiku a zejména pro Liberec.

Neo: Dá se tedy říct, že se připravujete na „horší časy“?

Přesně tak. To si myslím, že je teď úlohou univerzitních a akademických pracovišť. Je zásadní upozornit na to, že není vyhráno. Ten virus je stále aktivní, i když se podařilo epidemii zabránit především represivními opatřeními, která snížila pravděpodobnost přenosu virové nákazy. Ale není úplně nenulová pravděpodobnost, že se na podzim v souběhu s chřipkami může tenhle problém objevit znovu. Proto stojí za to se na takovou situaci intelektuálně připravit.

Neo: Přijde mi, že jste oproti jiným příliš volného času skutečně neměl. Kdy jste naposledy odpočíval?

Teď už je to daleko lepší. Ještě bych možná zmínil, že jsme zatížení tím, že připravujeme nový studijní program na naší univerzitě – bioinženýrství. A patrně dostaneme už tento týden akreditaci od Národního akreditačního úřadu. Takže jsme nyní přetížení jen touto prací, ale v době koronakrize jsme se scházeli i před osmou hodinou ráno a často jsme odcházeli až v devět večer, kdy přijížděli různí zájemci z nemocnic nebo ze spolupracujících vysokých škol, což byla především Karlova univerzita, Masarykova univerzita, Veterinární univerzita v Brně, nebo také ČVUT, takže jsme prostě dělali i patnáctky každý den. V sobotu i v neděli, ale tohle nasazení už pominulo.

Neo: Jak se na to tvářila vaše žena?

Žena to celé prožívala se mnou. Možná bych zmínil jednu historku: Máme tady dva doktorandy, kterých jsem školitelem. Jsou to Indové. A úplně na začátku, kdy se u nás o koronakrizi moc nemluvilo, jsme spolu zkoušeli a vybrali střihy roušek. A protože žena nebyla ten den doma, tak jsem rozpohyboval podle návodu šicí stroj. Podle střihu, co jsme s těmi doktorandy z Indie vymysleli inspirováni internetovými příklady, jsem dal dohromady dvě roušky z nanovlákenného materiálu, který jsem měl doma k dispozici. Když žena přijela domů, tak se velmi divila, co to dělám. Pak mě podporovala dnem i nocí. Měla obavy, abychom se nenakazili. Dokonce jsme měli v budově i člověka, který byl diagnostikován na covid-19, a pracoviště výroby nanofiltrů jsme i evakuovali. Doma jsem měl veškerou podporu. Moje žena Iveta je totiž na tyto moje úlety zvyklá.

Neo: Máte dvě děti. Potatily se?

Ano, moje mladší dcera Věra vystudovala na Karlově univerzitě buněčnou biologii. Teď už obhájila doktorskou práci a možná bude na částečný úvazek v našem klubu tady na oddělení bioinženýrství. A moje starší dcera Eva je zase filozofka. Ta vystudovala na Masarykově univerzitě a pracuje v Praze pro Člověka v tísni.

Neo: Takže jako otec si nemůžete stěžovat.

V žádném případě… Ale když jsme naťukli ty humanitní vědy, chtěl bych zdůraznit jednu věc. V průběhu koronakrize s námi pracovali tři studenti od nás z ekonomické univerzity – David, Ondřej a Inka – a dokázali neuvěřitelné věci v propagaci myšlenek naší univerzity. Třeba skvěle mobilizovali jiné české podniky, například firmu Obrokov. Pro mě osobně to byl skvělý objev. Tedy v tom smyslu, jak se odborníci z managmentu a ekonomiky dokázali stát v krizových okamžicích součástí technických týmů a pro společnou věc nakonec v makro měřítku dokázali udělat daleko víc než my technici. A toto je také model, který bych čekal od vlády. Je to sice příměr trochu divoký, ale kroky, které činila vláda, příliš manažerské v podmínkách krize nebyly.

Neo: Co vám celá situace přinesla v rovině osobní, jsou to třeba noví přátelé?

Nově vytvořené vztahy přetrvávají až do současné doby. Myslím, že se mezi námi a například studenty hospodářské fakulty vytvořil nefalšovaný kolegiální vztah, který na univerzitu bytostně patří. A navíc to vede k dlouhodobější spolupráci, což je nezpochybnitelný přínos té doby.

Neo: Vím, že nejste odborník na poli virologie, ale určitě se o celé věci bavíte s kolegy ze spřízněných oborů. Jak nahlížejí na nový typ koronaviru oni?

Opravdu nejsem virolog, čerpám buď od kolegů, nebo z literatury, ale ten virus je přeci jenom nevyzpytatelný v tom, že když vytváří kopie svého genetického kódu, tak to „zařízení“, které tu kopii provádí, dost často chybuje, a díky tomu se vytvářejí různé nové varianty toho viru. Takže je trošku nepředvídatelné, jakým způsobem se vyvine dál, jestli bude vytvářet nebezpečnější formy, anebo naopak jestli odmutuje tak, že nebude schopen parazitovat na lidech, ale třeba přesmykne na jiného hostitele, anebo na dlouhou dobu zmizí úplně.

Další věc, která je však nadějná, jsou informace, které dal dohromady právě kolega Ždímal s klubem dalších kolegů, významných vědců z celého světa. Vydávají teď článek plný významných rešeršních informací a ukazují přitom, že pokud bychom chtěli zamezit přenosu koronaviru, tak to jde velmi jednoduše tím, že by na čtrnáct dní, tři týdny, jeden měsíc bylo veškeré obyvatelstvo natolik disciplinované, že by nosilo roušky třeba i z velmi špatně filtrujících materiálů. Když jste nemocní, tak od vašich dýchadel k té roušce se generují takzvané velké Flüggeho kapky, nebo respirační kapky, které bezpečně zachytíte třeba i bavlněným tričkem. Daleko těžší je ochrana, když už se z těchto respiračních kapek v okolním vzduchu vytvoří opatřením vody velmi malé částice, které musíte zachycovat rafinovanými vysoce účinnými filtry, protože jejich rozměry mohou být kolem jednoho sta nanometrů. Tohle je velice zajímavý poznatek.

Neo: Velmi zajímavé… Mimochodem – používáte doma svá nanovlákna?

(Smích) Doma jsem je teď používal hodně, a stále používám pro roušky. Zatím doma na jiné uplatnění nedosáhla. Ovšem některá z nich fungují velice dobře na čištění brýlí.

Neo: Bezesporu jste toho dokázal hodně, ale určitě se najdou další niterné sny, které byste si ve své profesi chtěl splnit. Jaké to jsou?

Tak mojí hlavní ambicí je vysvětlit takzvaný zrod nanovlákenných trysek nebo polymerních trysek vytvářených právě metodou AC zvlákňování. Je to velmi komplikované v tom, že to vede k řešení sice lineárních diferenciálních rovnic, ale s časově periodicky proměnnými koeficienty. Tyto teoretické výsledky je pak nutné pečlivě srovnat s experimentálními daty. To bych si moc přál, dát takový článek v dohledné době dohromady. A potom máme ještě další ambice ukázat, za jakých podmínek by mohla být nanovlákna také nebezpečná pro životní prostředí, kdyby se měnila v úštěpky na „nanoplasty“. To je bezprostřední ambicí, do které bychom se chtěli pustit, ale na druhou stranu chci říct, že čerstvě vyrobená nanovlákna skladovaná za normálních podmínek takové nebezpečí v žádném případě nevytvářejí.

Neo: Nezamluvme váš volný čas. Jak budete odpočívat v létě?

To vám můžu říci přesně. Na chatě vlastníme takový malý soukromý rybník, který má asi 25 x 25 metrů. A už dvacet let z něj nebylo vyvážené bahno, takže mě čeká ještě takových 600 koleček na vyvezení. Budu tedy odpočívat fyzickou prací, což je perfektní. A se ženou ještě možná pojedeme někam k moři do bývalé Jugoslávie a jinak budeme odpočívat doma.

Zdroj náhledové foto: Shutterstock.com

Sdílet článek
Facebook
Twitter
email