Tenká jako tisícina lidského vlasu, taková jsou nanovlákna. Zmínky o nanovlákenných materiálech, vrstvách a membránách se v posledních letech postupně objevovaly stále častěji a dnes se již jedná o oblíbenou technologii poutající značnou pozornost. To má ovšem velmi dobrý důvod…
Obr. 1: Nanovlákenná struktura (průměry vláken ∼ 600 nm)
Nanovlákenné materiály jsou v myslích lidí spojeny především s filtrací a v dnešní době se pravděpodobně jedná o hlavní z řady perspektivních aplikací této technologie. Za výjimečné filtrační schopnosti vděčí nanovlákenné vrstvy především své jedinečné struktuře. Ta díky systému pórů mezi jednotlivými nanovlákny tvoří velmi jemnou síť, která mechanicky filtruje i drobné částice s rozměry menšími než jeden mikrometr, navíc při zachování relativně vysoké prodyšnosti materiálu. Nanovlákna lze také modifikovat a docílit tak vázání těžkých kovů či jiných škodlivých látek, které chceme z filtrovaného média odstranit. Při vhodné kombinaci materiálů a jejich správné modifikaci tak mohou být nanovlákenné struktury ideálním kandidátem pro poslední fázi filtračního procesu vody či vzduchu a přispět tak k řešení jednoho z aktuálních globálních problémů lidstva.
Zmiňované vlastnosti lze však využít také jinak. Jemnými nanovlákennými materiály neprojdou vlivem svých rozměrů ani mikroorganismy. Nanovlákenné membrány tak mohou tvořit klíčovou složku třeba ústních roušek. Připočteme-li skutečnost, že nanovlákna dokážeme vyrobit i z přírodních polymerů, jež propůjčují strukturám své unikátní vlastnosti, získáme ideální materiál i pro další medicínské aplikace. Například nanovlákenné obvazy z chitosanu brání průniku mikroorganismů, zachycené mikroby aktivně usmrcují, podporují hojení rány a umožňují jí “dýchat” při zachování sterilních podmínek.
Obr. 2: Buněčná kultura rostoucí na nanovlákenném substrátu (vitálně barvené buňky)
Další z řady biomedicínských aplikací je využití nanovlákenných materiálů jakožto substrátů při buněčných kultivacích. Morfologie nanovlákenných struktur je podobná mezibuněčné hmotě (tzv. extracelulární matrix – ECM), která uvnitř těl živočichů poskytuje rostoucím buňkám strukturní a biochemickou podporu. Pomocí vhodných nanovlákenných vrstev tak lze docílit vyšší efektivity buněčných kultivací a vhodným designem substrátu též řídit charakter růstu kultur. Díky tomu jsou nanovlákenné struktury cenným nástrojem tkáňového inženýrství.
Obr. 3: Přístroj InoSPIN MINI pro tvorbu nanovláken od firmy InoCure s.r.o.
Nanovlákna jsou vytvářena pomocí tzv. elektrostatického zvlákňování (angl. “electrospinning”). Během tohoto procesu dochází k formování nanovláken z polymerního roztoku vlivem silného elektrostatického pole. Elektrostatické zvlákňování existuje v řadě variant. Například cestu efektivní průmyslové výrobě nanovlákenných materiálů otevřel až známý český patent NanospiderTM. Mimo výzkumné infrastruktury umožňující kompletní fyzikálně-chemickou i biologickou analýzu vzorků disponuje Univerzita J. E. Purkyně též plně vybavenou laboratoří elektrostatického zvlákňování.
Kontakty:
Mgr. Jan Malý, Ph.D., jan.maly@ujep.cz, PřF UJEP – KBI
Mgr. David Poustka, davidpoustka@seznam.cz, PřF UJEP – KBI