Nano- kolem nás

Také v České republice je dnes několik pracovišť, která se zabývají nanotechnologiemi. Jedno z nich byste našli v Liberci, na tamní univerzitě. Právě tam jsme se také vydali načerpat příslušné "nanoinformace". O nanotechnologiích jsme hovořili s Miroslavem Černíkem z Ústavu nových technologií a aplikované informatiky liberecké Technické univerzity. A začali jsme historií nanotechnologie.

Kdy se tento obor zrodil a kdo mu stál u kolébky?

Miroslav Černík: Obor nanotechnologie se váže k přednášce profesora Richarda Feynmana, což je známý fyzik. Je tomu shodou okolností padesát let... V roce 1959 měl na Caltechu (California Institute of Technology) v Kalifornii klíčovou přednášku, nazvanou There's Plenty of Room at the Bottom - tedy Dole je spousta místa. Hovořil v ní o materiálech na bázi několika molekul v oblasti nano, a to se bere jako určitý začátek nanotechnologie.

Lidem se asi pod pojmem "nanomateriály" vybaví především ta slavná nanovlákna. Ale to samozřejmě není všechno; nanomateriály, to je daleko širší oblast. Základním stavebním materiálu jsou tu ty takzvané nanočástice. Jak jsou vlastně velké a co o nich můžeme říct bližšího?

Miroslav Černík: Nanočástice jsou částice, které se měří v nanometrech, v řádu deset na minus sedmou až deset na minus devátou metrů, což si běžný člověk těžko představí. Já mám takový příměr - kdybyste si tu částici, která má velikost 10 nanometrů, představili jako fotbalový míč, tak fotbalový míč by musel být velký jako celá zeměkoule. Ty nanočástice jsou tady odnepaměti, zcela přirozené. Příkladem může být odpadní voda vytékající ze starých dolů, která je rezavá, a to je dáno tím, že obsahuje oxidy železa, které mají většinou rozměry desítek nanometrů a zabarvují tu vodu. Dnes samozřejmě se připravují nanočástice speciální, kompozitní nebo různě povrchově modifikované, tak aby ty nanočástice podle způsobu aplikace vyhovovaly z hlediska požadovaných vlastností.

To znamená, že se vám přírodní nanočástice nehodí?

Miroslav Černík: Na některé věci se hodí. Například jsme měli projekt, jeho účelem bylo vyvinout nový typ nanomateriálu na bázi elementárního železa a jeho použití k čištění vod. My jsme jako prekurzor, to znamená látku, ze které ty nanočástice vyrábíme, zkoušeli přirozené ferrihydridy (oxidy železa) - částice, které se vyskytují v odpadních vodách z dolů. Je samozřejmé, že pro naše využití musíme vlastnosti těch částic nějakým způsobem modifikovat. V našem případě to byla chemická redukce, že jsme ty nanočástice měnili na nanočástice na bázi elementárního, to znamená kovového železa, a ty jsme pak využívali dál v reakcích.

Velká část nanočástic se vyrábí uměle. To je pro normálního člověka trošičku abstraktní představa. Jak se to dělá?

Miroslav Černík: Kolegové vždycky říkají, že vezmeme nanopilník a z železa děláme nanočástice... Když se tedy budu věnovat těm našim částicím, tak jsou dva způsoby. Buď se to dá dělat chemickou reakcí ve vodě, kdy při určitých podmínkách dochází k redukci těch oxidů na elementární železo; když jsou podmínky jakoby nepříznivé pro tu redukci, tak vznikají nanočástice místo částic větších. Druhý způsob je v peci, kde se zase z prekurzoru, který už musí mít velikost řádu nanometrů, chemickou redukcí ty oxidy mění na nanočástice. Problémem je samozřejmě uchování takové nanočástice, která je velice reaktivní. Kdybychom je z té pece vyndali, tak shoří na vzduchu. Musí se uchovávat buď v nějaké inertní atmosféře nebo v roztoku, kde je samozřejmě té oxidaci zabráněno.

Jak už jsme řekli na začátku, využití nanočástic je skutečně velmi široké a náš pořad neposkytuje dostatečný prostor pro jeho kompletní představení. Uveďme tedy alespoň pár příkladů...

Miroslav Černík: Kdybych vzal oblast, která mi není přímo vlastní, tak je to lékařství, kde nanočástice třeba na bázi oxidu železa slouží jako nosič pro nějakou chemickou látku, která je na jejich povrchu. Využívá se toho, že nanočástice jsou magnetické - za pomoci vnějšího magnetického pole jsem schopen tyto nanočástice dopravit v lidském těle k nějakému orgánu, kde třeba můžu s jejich pomocí hojit nádor... V našem případě ty nanočástice využíváme tak, že po té výrobě se nějakým způsobem povrchově modifikují, to znamená, že se na ně přidávají určité chemické látky tak, aby ty částice měly určité vlastnosti z hlediska možného čištění podzemních vod. To znamená, aby reagovaly s určitým typem kontaminantů a aby se zároveň v té podzemní vodě mohly pohybovat.

Jedna z oblastí, kde už nanotechnologie dosáhly průmyslového využití, jsou také nátěry...

Miroslav Černík: Jsou to nátěry na budovách i speciální fólie na okna, kde se využívají vlastnosti oxidu titaničitého, který se právě vyrábí ve velikosti nanočástic. Takovýto nátěr má velký měrný povrch, protože ty částice, jak jsou malé, tak je jich vedle sebe mnoho. Když na ten povrch dopadá sluneční záření, tak tyto nanočástice jsou schopny se čistit na základě chemického procesu, který tam probíhá. Takovéto nátěry se nemusí udržovat, jsou neustále bílé a okna se nemusí čistit. Nejdál jsou v tom Japonci, protože ta technologie pochází od profesora Fukushimy, který s tím přišel asi před čtyřiceti lety, v období, kdy se ještě nehovořilo přímo o nanotechnologiích.

Neměli bychom vynechat ani ta proslulá nanovlákna, o kterých už asi slyšel každý. S vaší Technickou univerzitou je spjat vynález stroje, který je schopen nanovlákna průmyslově vyrábět...

Miroslav Černík: Univerzita má na to celosvětový patent - známý český vědec profesor Oldřich Jirsák. Využití těch nanovláken je široké. Například jedna z možností je automobilový průmysl, kde lze využít jejich vlastnosti pohlcování hluku. Otázkou je cena takového materiálu. Jsou drahé. Další oblast, kde my ta nanovlákna se snažíme použít, je čištění odpadních vod. Máme určitý projekt a snažíme se na těchto nanovláknech pěstovat bakterie, které jsou pak schopny čistit odpadní vody. A ty bakterie, protože nanovlákno má zase obrovský měrný povrch, daleko lépe ulpívají na těch nanovláknech, než na jiných nosičích. Jsou tam pevnější, méně náchylné vůči změnám prostředí a podobně. Další možnost je využití nanovláken jako filtračního materiálu pro filtrování vod a vzdušnin, kde jsou nanovlákna schopna zachytávat samozřejmě zase velice malé částice, ať už to jsou částice prachové nebo třeba i viry.

Vy se specializuje na využití nanočástic železa. Ty se, jak víme, hodí například k sanaci znečištěných spodních vod. Jak se taková sanace nanočásticemi v praxi provádí?

Některé nanočástice se vyskytují běžně v přírodě, velká část se jich ale vyrábí uměle. A tak je asi na místě otázka, jestli zejména tyto uměle produkované nanočástice nepředstavují pro člověka nějaké zdravotní riziko; pokud se třeba dostanou do organismu - ať už vzduchem a nebo ve vodě?

A jaká je budoucnost nanotechnologií? Vývoj bude samozřejmě pokračovat dál; v celé řadě oblastí lidské činnosti může přinést výrazný pokrok. Speciální katalyzátory na bázi nanomateriálů budou urychlovat chemické reakce, využití najdou i v automobilovém průmyslu. Nanočástice se budou přidávat do paliva a olejů. Rozšíří se povlaky a povrchy materiálů, modifikované za pomoci nanotechnologií. Široké uplatnění najdou nanotextilie. A tak bychom mohli pokračovat ještě dlouho... O nových trendech v oblasti nanotechnologií se začátkem června hovořilo na mezinárodní úrovni v Praze na konferenci EuroNanoForum. Co vás tam zaujalo?

Takové specialisty můžeme v budoucnu opravdu velmi potřebovat... Pokud jste o tom až dosud nic nevěděli, nebo jste o něčem takovém dokonce pochybovali, naše dnešní "nanopovídání" vás možná poučilo, popřípadě i přesvědčilo o opaku. Svůj čas nám věnoval odborník na nanotechnologie Miroslav Černík z Ústavu nových technologií a aplikované informatiky Fakulty mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Technické univerzity v Liberci.

Vysíláno v Planetáriu č. 26/2009, 27. června - 3. července 2009.
Přepis: NEWTON Media, a.s.
Kompletní rozhovor si poslechněte ZDE (15:47).