Vědcům z Přírodovědecké fakulty JU se podařilo vyvinout novou metodu tisku z nanočástic. Objev může přispět k výraznému pokroku v medicíně i elektrotechnice a zpráva o něm se proto dostala do prestižního vědeckého časopisu.
Nanočástice jsou částice různých materiálů, tisíckrát menší než průměr lidského vlasu. Kromě toho, že vznikají například při spalování fosilních paliv, je vědci vyrábějí také uměle. A to například z toho důvodu, aby nanočásticemi, nanesenými na různé povrchy, mohli měnit vlastnosti těchto povrchů.
Nanočástice nanesené ve formě tenké vrstvy na povrch si našly již mnoho uplatnění, například mohou zvýšit účinnost solárních panelů nebo sloužit jako senzory plynů a kapalin. Takto vytvořené povrchy mají řadu důležitých užitných vlastností. Zatímco například kovový spoj může v ohybu popraskat, vodivá vrstva nanočástic, nanesená na ohebné podložce, nepraskne, protože se jedná o vzájemně dotýkající se kovové kuličky. Nanočástice navíc díky svým malým rozměrům mohou zlepšit rozlišení tisku kovu pomocí laserového slévání, kdy se standardně používají prášky se zrny s mikrometrovými rozměry.
Problémem však zůstává, jak nanočástice vyrobit a využít tak, aby jejich nanesení na určitý povrch plnilo předem stanovené požadavky pro tisk. Většina současných metod využívá výrobu nanočástic chemickou cestou, tedy v rozpouštědlech a za přítomnosti kyslíku. Takto vytvořené nanočástice ale mohou zoxidovat, což mění jejich užitné vlastnosti. Dalším problémem je, že při vysychání rozpouštědla může docházet k přeskupení nanočástic, a proto je těžké vytvořit vrstvu nanočástic přesně v požadované tloušťce.
Právě tenhle problém se jihočeským vědcům podařilo z velké části vyřešit vynálezem, kdy pro tisk kovu používají nanočástice připravené suchou cestou bez použití kapalin a bez přítomnosti kyslíku. Metoda je detailně popsána zde. Podle jednoho z hlavních autorů vynálezu Jiřího Kratochvíla z Katedry fyziky PřF JU si lze tuto suchou metodu výroby nanočástic velmi zjednodušeně představit jako tvorbu deště. Místo kondenzace páry do dešťových kapek umějí ale vědci pomocí nízkoteplotního plazmatu za vysokého vakua tvořit nanometrové částečky kovu, které pak ve formě svazku dopravují na substrát.
„Tyto nanočástice je možné nanést na vybraný materiál, přičemž jejich užitné vlastnosti jsou lepší než nanočástic připravených v roztoku. Ve vakuu totiž nanočástice nepodléhají oxidaci a je možno je nanést velmi rovnoměrně, s kontrolou tloušťky vrstvy v řádu desítek nanometrů. A to je v porovnání se standardními částicemi pro tisk kovu téměř tisíckrát menší hodnota,“ uvedl Jiří Kratochvíl.
S touto metodu je možné také poměrně přesně definovat, kde na určitém materiálu (objektu) chceme mít nanočástice a kde kovovou vrstvu. Tato metoda tisku proto může znamenat výrazný pokrok ve využití nanočástic, což dokazuje fakt, že vědeckou studii o nové technologii, kterou si její autoři patentovali, publikoval prestižní vědecký časopis Nano Letters, a to hned na přední obálce. Zároveň byla tato technologie vybrána do finále národní soutěže Transfera.
Pod tímto významným objevem s velkým mezinárodním hlasem je podepsán tým vědců z Katedry fyziky Přírodovědecké fakulty JU pod vedením Jiřího Kratochvíla ve spolupráci s Katedrou chemie (především Tomášem Fesslem a Filipem Dyčkou) a laboratoří elektronové mikroskopie Akademie věd vedené Marií Vancovou.
Katedra fyziky PřF JU se nanomateriály zabývá dlouhodobě a může se dnes už zcela otevřeně pochlubit tím, že dokáže produkovat celosvětově ceněné výsledky. Studenti tak mají možnost se zapojit do výzkumu v laboratoři už během studia například formou bakalářské nebo diplomové práce.
„Myslím, že naše fakulta je unikátní tím, že pokud studenti chtějí, mohou přispět k vědeckému poznání už od bakalářského studia. Ale nyní bych rád především vyzdvihl skvělou práci doktorského studenta Oleksandra Mashchenka, jehož tématem disertační práce je právě nanotisk,“ řekl portálu ScienceZoom Jiří Kratochvíl.
Každý pokrok ve využití nanočástic vyvolává velká očekávání. Jiří Kratochvíl se se svým týmem podílel také na vývoji nanopovrchu, který má antivirové účinky se stonásobnou účinností oproti mědi (https://www.prf.jcu.cz/cz/aktualne/nanomaterialy-nejen-proti-covidu-19).
Nanomateriály se ale podle něj dnes zkoušejí třeba i v medicíně jako forma povrchu pro implantáty, která umožňuje kontrolovaně uvolňovat léčiva nebo kovové ionty, a tudíž zabraňuje tvorbě biofilmu rezistentních bakterií. Taková vrstva může zabránit opakovaným operacím spojeným s vážnými zdravotními problémy. Velmi zajímavou alternativou jsou povrchy s různou topografií, tedy strukturou povrchu, která sama o sobě může zabránit růstu bakterií. Nyní mají vědci zajímavý nástroj, jak tyto různé topografie vyzkoušet, a to právě pomocí tisku z nanočástic.
Text: Marek Kerles
