Co všechno se v Liberci produkuje v oblasti nanotechnologií

Co všechno se v Liberci produkuje v oblasti nanotechnologií

Šedesát kilometrů materiálu vyrobila v posledních měsících Technická univerzita v Liberci, aby pomohla s bojem proti Covid-19. Materiál byl založen na nanovláknech, která vyvinuli právě vědci z Fakulty textilní zmíněné univerzity už v roce 2003 jako první na světě. Výrobu posléze převzaly místní firmy. Jejich nano-roušky zásobovaly celý Liberecký kraj.

V Liberci umí vyrábět netkanou textilii tvořenou nanovlákny v průmyslovém měřítku. Průměr takového nanovlákna je menší než vlnová délka světla, což mu propůjčuje výjimečné vlastnosti. Ovšem v rámci nanotechnologií to není zdaleka jediný vynález. Naopak. Zmapovali jsme proto hned několik vynálezů, které by mohly uspět ve zdravotnictví.


Nanonáplast může zlepšit rekonvalescenci po resekci tlustého střeva

Příkladem aplikace nanovláken ve zdravotnictví je nanovlákenná náplast na anastomózy po resekci části tlustého střeva, kterou vyvíjí doktorandka Markéta Klíčová v týmu svědkyní Janou Horákovou, obě samozřejmě z Technické univerzity v Liberci.

Anastomóza po vyjmutí části tlustého střeva je častou příčinou pooperačních komplikací, které podle studií u 6 až 22 % pacientů končí smrtí. Skrz anastomózu může prosakovat obsah střev, který zapříčiní infekci v těle.

Unikátnost nanonáplasti spočívá v kombinaci dvou materiálů. Hydrofilní nanovrstva přilne k ráně, kryje ji a usnadňuje hojení, kdežto svrchní vrstva je hydrofobní a izoluje anastomózu od prostředí dutiny břišní. „Na trhu jsou materiály, které tento problém řeší, ale žádný z nich úniku obsahu střev do těla spolehlivě nezabrání. Naše dvouvrstva tu ambici má,“ říká Klíčová.

Aplikace krycího nanomateriálu je velmi snadná a obejde se bez zvláštního školení chirurgů. K velkým výhodám patří také to, že nanonáplast je biodegradabilní – až doslouží, tělo ji vstřebá. Uvedení do chirurgické praxe předchází ještě dlouhá cesta přes klinické testy a Státní ústav pro kontrolu léčiv, ale v současné době probíhají ve spolupráci s Biomedicínským centrem v Plzni in vivo testy nového materiálu na prasatech.



Organoid brzlíku může pomoci v boji s AIDS nebo leukémií

Další nadějný výzkum se věnuje vývoji umělého orgánu brzlíku, který může pomoci tam, kde organismus ztratil obranyschopnost v důsledku zničení imunitního systému. Nejčastějšími příčinami jeho zničení jsou onemocnění AIDS a některé druhy rakoviny, které jsou spojené s destrukcí kostní dřeně při léčbě ozařováním.

„Vyvinuli jsme unikátní kompozit z mikro- a nanovláken, který je vytvořen tak, aby svou strukturou co nejvíce odpovídal přírodní mezibuněčné hmotě, a maximálně tak stimuloval buňky k růstu,“ říká Jakub Erben, doktorand Technické univerzity, který na projektu pracuje v týmu vědce Jiřího Chvojky spolu svědci ze Sloanova a Ketteringova centra pro výzkum rakoviny v New Yorku.

Erben dodává unikátní tkáňové nosiče, tzv. scaffoldy, na nichž američtí vědci pěstují kmenové buňky do podoby funkčního organoidu. Takto v laboratoři vytvořený organoid je zjednodušenou verzí původního lidského brzlíku, s podobnou mikroanatomií a stejnou funkcí.

Tkáňový nosič je vytvořen z biodegradabilního polymeru a poté, co splní svou funkci, se rozpadne na deriváty, které umí tělo odbourat nebo vyloučit. Není pak nutné provádět reoperaci a brzlík z těla vyjímat.

Použitelných lidských kmenových buněk schopných vytvořit brzlík je pro vědu k dispozici jen velmi omezené množství, atak američtí vědci zatím provádějí testy převážně na myších s jejich kmenovými buňkami.
Odpad z rýže jako zdroj biomorfního křemíku

Odpad z rýže jako zdroj biomorfního křemíku

Oxid křemičitý, nebo zjednodušeně křemík, má pozitivní vliv zejména na stav kostí, cév, vlasů a nehtů. Soxidem křemičitým se běžně setkáváme v potravinách pod označením E 551 nebo v kosmetice. Je to ale jeho syntetická forma, kterou tělo neumí vstřebat tak snadno.

Dora Kroisová a její tým z Technické univerzity v Liberci vymysleli způsob, jak křemík extrahovat v biomorfní podobě a v nanostruktuře. Tuto technologii mají patentovanou vČR a v Japonsku. A co víc, přírodní oxid křemíku získávají z největšího celosvětového zemědělského odpadu – rýžových slupek. Ročně vznikají řádově stovky milionů tun takového odpadu, který se nyní obvykle likviduje vyhazováním do řek nebo ještě hůře spalováním, při kterém vznikají nežádoucí zplodiny.

Patentovaná technologie funguje na principu mikrovlnného reaktoru, podobného mikrovlnné troubě, ve kterém se rýžové slupky rozkládají za přítomnosti anorganických kyselin. Produktem jsou 20 nanometrové částice oxidu křemičitého, které jsou analogické komerčním produktům, jakými je například Cab-O-Sil.

„Udělení patentové ochrany je uznání odbornosti, nové myšlenky, nového postupu. Udělení zahraničního patentu, navíc v jedné z ekonomicky nejvyspělejších zemí na světě, je obrovským úspěchem pro naši univerzitu,“ říká spoluautorka patentu Kroisová.


Vstřebatelné obvazy na popáleniny

Potenciál těžby oxidu křemíku z rýžových slupek se zalíbil také liberecké firmě Cersum. Její vědci vyvinuli vlastní technologii zvanou Silcocell, díky které umí kromě křemíku extrahovat i celulózu, obojí v biokvalitě a nanostruktuře, a hlavně bez agresivních chemikálií.

„Jsou to úžasné látky pro lidské zdraví. Křemík je velmi důležitý prvek pro působení vápníku v těle, podporuje tvorbu kolagenu, a tedy i hojení. V lékařství, kosmetice ave farmacii jej lze využít mnoha způsoby,“ vysvětluje Petr Kužel, spolumajitel firmy Cersum a spoluautor technologie, a dodává: „Náš oxid křemíku je navíc díky nanostruktuře vhodný také pro tkáňové inženýrství.“

Obě látky mohou fungovat ve spojení a dochází k synergii jejich účinků. Celulózová vlákna získaná novou technologií jsou jemná a vysoce homogenní, tedy přibližně stejně velká. Díky tomu jsou ideální jako materiál pro krytí popálenin avelkých nebo chronických ran. Obvazy jsou vstřebatelné lidským organismem, nemusí se tedy bolestivě odstraňovat stará vrstva a porušovat čerstvě zahojená tkáň.

I při hojení jizev je užitečné obě látky kombinovat, třeba právě v gelu, jehož prototyp nyní firma nabízí na trhu pro další testování. Oxid křemíku podpoří hojení a celulózové nanočástice mechanicky obrušují a zjemňují jizvu.

„Rýžové slupky jsou velmi objemný odpad, a aby jejich ekologické zpracování mělo smysl, není možné slupky někam převážet. Také jsme chtěli své produkty v BIO kvalitě a na to potřebujeme slupky z rýže pěstované na terasových polích, obdělávaných ručně. Průmyslově pěstovaná rýže totiž obsahuje arsen z umělých hnojiv. Bylo tedy potřeba vymyslet, jak slupky zpracovávat blízko rýžových polí. V praxi to bude vypadat tak, že přímo ve vesnicích se slupky nahrubo semelou, aby se zmenšil jejich objem pro přepravu do malých továren, kde se z nich získá oxid křemíku a celulóza. Typická hala bude mít rozlohu 1 000 m2, což je třeba velikost prodejen Penny market nebo Lidl,“ popisuje Kužel do detailu plán projektu, který v současnosti nabízí investorům.

Nanotechnologie nabízí nový pohled na to, co doposud známe, a je jen otázka času, co dalšího nám vědci představí.