Nebo spíše jsou za vším a jsou ve všem, protože všechno velké se skládá z malého, menšího až nejmenšího. A to současné nejmenší, to, čeho se můžeme dotknout, pohybovat s tím a vytvářet tak nové struktury, je právě rozměrů nanometrů, tedy miliardtin metrů. Vědecký i technický svět je fascinován novými vlastnostmi materiálů, jejichž strukturu jsme ovlivnili, pozměnili nebo dokonce vytvořili podle svých představ. V laboratorních podmínkách se ukazují stále nové a nové možnosti tzv. pokročilých materiálů, kde se uplatňují právě námi modelované struktury, které mají jiné, neuvěřitelné vlastnosti jako vodivost, extrémní pevnost, pružnost, reaktivnost nebo unikátní vlastnosti optické. Prostě nanosvět je světem úžasných možností, jejichž škála se zdá být nekonečná, a říká se, že nanomateriály změní svět. Jenže se to říká už poměrně dlouho, výzkum jede na plné obrátky, a svět se moc nemění, zůstává stejný. Stala se někde chyba? Nebo svět skutečně prochází výraznou proměnou, jen si ji úplně detailně ani neuvědomujeme? Jednoznačně se děje to druhé, změny nás provázejí na každém kroku, nové výrobky vznikají za pomoci nanotechnologií a jsou v nich uplatňovány nové typy materiálů. Český výzkum a vývoj v této oblasti patří k tomu lepšímu, ale abychom jen nekriticky nepodléhali národnímu nadšení vyvoláváním hesla „Česko je nano“, což je slogan Asociace nanotechnologického průmyslu ČR, podíváme se do světa. V lednu 2016 byla zřízena Nanotechnology Products Database (NPD), která sleduje světové dění v nanotechnologiích a nanomateriálech také z hlediska aplikací v reálných produktech. Databázi a další sběr údajů a vytváření statistik organizuje StatNano, instituce, která se daty na téma nano zabývá od roku 2010, to znamená, že všechny informace jsou čerstvé; poslední aktualizace byly provedeny v červnu 2016 a najdete je na www.statnano.com. Databáze obsahuje 5 939 produktů od 808 firem ze 47 zemí a na první pohled je zřejmé, že nejrozšířenější aplikace najdeme v elektronice, databáze uvádí 1 851 produktů. Ale protože ani ostatní obory nejsou bez zajímavosti, představíme zde několik celkových grafů a čísel. A kde jsme my? Z přehledů je zřejmé, že české nano je zatím ve světě málo vidět, a je fakt, že počtem evropských nebo světových patentů patříme spíše do peletonu než na špičku závodu. Nicméně skutečně rozhodujícím kritériem není množství podaných patentových přihlášek, to je jen údaj pro statistiky; podstatný je dopad a význam objevů, výsledků výzkumu a inovací, a zde jsme v některých případech jednoznačně unikátní. Překážky a bariéry Při aplikacích nanotechnologií a nových materiálů naráží výzkum a hlavně vývoj na bariéry, které nejčastěji omezují další rozvoj tím, že vytvoření potřebného množství nově objevených materiálů je drahé, nebo je dokonce v průmyslovém měřítku nemožné. Cesta k užitečným aplikacím je často mnohem delší, než se na začátku zdálo. Je ale úžasné, že víme, že jsme poznali, objevili, a teď jen musíme najít způsob, jak to využít, a postupně odbourat bariéry, které brání rozšíření použití objevu. Jak si stojí grafen v Čechách? Existuje již i nějaká česká aplikace grafenu, která je použitelná v praxi? Ano, jistě, je jich dost, jednou z nich jsou třeba senzory pro indikaci přítomnosti nebezpečných plynů. „Uhlíkové nanostruktury – nanotrubice a grafen – jsou asi nejznámějšími strukturami uhlíku spojované s nanosvětem. Vykazují úžasné vlastnosti, jako je pevnost, tvrdost vyšší, než má diamant, vysokou elektrickou vodivost, neuvěřitelný měrný povrch a malou hmotnost. Práce s nimi je však velmi náročná jak technologicky, tak finančně. Jsme jedni z mála, kdo to u nás umí,“ uvedl Pavol Ozaňák, marketingový ředitel Tesly Blatná, která se zmíněnými technologiemi pracuje. Nanotechnologie jsou co do množství surovin málo náročné a navíc umožňují získávat z materiálů naprosto přelomové vlastnosti. Aplikace nanotechnologií a nanovrstev přinese nové vlastnosti, které umožní vyřešit nové senzory plynů a par s širokou možností aplikací. Na projektu podpořeném Technologickou agenturou ČR spolupracují kromě Tesly Blatná i další subjekty jako například Centrum organické chemie Rybitví, Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd a Západočeská univerzita v Plzni – Fakulta elektrotechnická. Čidla budou aplikovatelná i do chytrých textilních materiálů nebo do mikrosystémů. Vysoký stupeň miniaturizace jim dává obrovský aplikační potenciál a význam bude mít i jejich přijatelná cena. V roce 2015 byla takto ověřena nová čidla pro čpavek a kysličníky dusíku a v roce 2016 to budou čidla citlivá na přítomnost kysličníků uhlíku a zemního plynu, tedy zařízení více než potřebná. Grafenem se u nás zabývá řada výzkumných týmů v nejrůznějších oblastech. Stát vývoj podporuje Skoro by se mohlo zdát, že nano je určitým způsobem pro ČR strategický obor, alespoň státní podpora tomu odpovídá, protože do dnešního dne bylo a je podporováno asi 1 000 projektů, které se nějak dotýkají nanotechnologií. Zásadními jsou určitě ty, kde se spojuje práce výzkumného týmu nebo instituce s výrobní firmou – tzv. aplikovaný výzkum. Takových projektů prostřednictvím Technologické agentury ČR podporuje stát asi 60 v celkovém finančním objemu vysoce překračujícím jednu miliardu Kč. Je to hodně, nebo málo? V podstatě je to dost, ale málo. Je pravda, že finance nejsou podmínkou dostačující, dokonce ani nutnou, ale přece jen to s nimi jde lépe a je zřejmé, že státu na nanotechnologiích skutečně záleží a podporuje jejich rozvoj i rozvoj firem, které se nanotechnologiemi zabývají. Významná je i strategická podpora umožňující vytváření nadnárodních společenství a vzniku konceptů kooperativního výzkumu. Existuje celá řada projektů, kde naši odborníci hrají významnou a nezastupitelnou roli. Jednou z takových oblastí je třeba užití nových poznatků o materiálech při zdokonalování endoprotéz. České nanotechnologie pomáhají, aby tělo neprotestovalo Množství implantátů a jejich rozmanitost rostou rychlým tempem, které odpovídá vývoji v medicíně. Jednou z komplikací, která tento pokrok brzdí, je imunitní reakce organismu zhoršující funkčnost implantátu či zcela bránící jeho přijetí. Jako příklad je možno uvést titan. Dlouho byl považován za biologicky zcela kompatibilní, ale počet negativních reakcí pacientů roste, a tak je třeba přijít s novým systémovým řešením nežádoucích imunitních reakcí těla při implantacích a transplantacích, nejen pro titanové implantáty. Nalezení tohoto řešení je cílem mezinárodního projektu Immodgel, kterého se účastní tři univerzitní pracoviště (University of Strasbourg, University of Heidelberg, University of Nottingham), čtyři další společnosti (Steinbeis-Europa- Zentrum, Protip, Protobios, Contipro) a jedno lékařské zařízení z USA (Brigham and Women´s Hospital). Konsorcium vytváří vlastní imunomodulační systém, který bude použitelný pro libovolný typ implantátu a omezí imunitní reakce. Principem je vytvoření struktur složených ze tří základních složek – fyzikálních, chemických (hydrogel) a biologických (buňky imunitního systému). Součástí řešení je vytváření specifických povrchů implantátů pomocí organizovaně nanášených mikrostruktur. V rámci projektu byl úspěšně využit komerční laboratorní přístroj 4SPIN české společnosti Contipro primárně určený k přípravě nanovlákenných materiálů v silném elektrostatickém poli. Pro tyto účely bylo vyvinuto nové příslušenství přístroje pro metodu nanášení polymerního materiálu v tzv. blízkém elektrostatickém poli. Zde se využívá stabilní fáze na extrémně krátkých vzdálenostech, na kterých se paprsek nanášeného materiálu ještě náhodně nerozletí, jak je tomu u klasické metody elektrostatického zvlákňování. Povrchový vzor v podobě rovnoměrných pruhů je součástí komplexní struktury, jejímž cílem je zabránit nežádoucí imunitní reakci po implantaci nebo transplantaci zdravotnického prostředku (v ústní dutině, ale i jinde). Projekt Immodgel byl zahájen v říjnu 2013, skončí v září 2017 a je podpořen Evropskou komisí částkou 5,85 mil. eur. Veřejnost chce vědět Jedním ze současných západních trendů je zapojování veřejnosti do procesu vědy a výzkumu. Dokonce se objevují tvrzení jako: „výzkum, o kterém veřejnost neví, neexistuje“ a média informují o řadě projektů, které se snaží veřejnost přímo do procesu výzkumu začlenit a aktivovat její laickou vědeckou iniciativu. Příkladem může být projekt The American Association for the Advancement of Science (www.aaas.org), jehož jedním cílem je zlepšení komunikace mezi vědci, inženýry a veřejností. I u nás funguje několik projektů, které se o podobnou věc snaží, veřejnost je oslovována a propagace vědy a výzkumu se den za dnem lepší. Například Asociace nanotechnologického průmyslu ČR již uspořádala několik „Nanodnů“ v různých městech ČR, Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR pořádá letní nanoškoly a jedním z rozvíjejících se projektů je expozice Nanormální svět.cz 2016 (www.sci- -line.cz), která bude představena v Brně i Praze v rámci letošního Týdne vědy a techniky pořádaného AV ČR. Expozice vznikla díky Ústavu přístrojové techniky Brno, má on-line verzi, která již dnes obsahuje přes 80 videí, fotek a článků na téma nano a stále se rozšiřuje. /Leoš Kopecký/