Jaké využití může mít vámi vytvořený prášek, tedy kombinace oxidu titaničitého a nanodiamantů?
Uvažuje se o aplikaci při ničení toxických látek, jako jsou nervové paralytické jedy. V podobě prášku může chránit vojenské materiály, zbraně či uniformu. Nanokompozit (materiál složený z dvou a více rozlišitelných složek) degraduje také některé nyní nejvíce využívané organofosforečné pesticidy.
Dal by se proto použít i v technologii čištění odpadních vod, kde se dnes pro stejné účely používá třeba aktivní uhlí. Nanokompozit by však dokázal degradovat i mikropolutanty (malé znečišťující částečky, které jsou produkovány lidskou společností), které je v malé koncentraci jinak problém z vody vyčistit.
Jak by se hotový výrobek prakticky používal?
Nanokompozit se dá využít jako čistý prášek, i když by jeho cena byla poměrně vysoká. Pomoct by však mohl i při různých haváriích, kdy by se kontaminovaný povrch dal zkrátka posypat. Aplikovat by se mohl také jako suspenze, nebo jako aerosol například v hasicím přístroji. Praktická podoba výrobku už je ale trochu mimo náš ústav.
Nicméně náš materiál vyšel v porovnání s některými komerčně používanými znatelně lépe, pořád jsme ale na pomezí výzkumu.
Které konkrétní chemické látky dokáže prášek rozložit?
Vojenský výzkumný ústav v Brně pro naše účely testuje vybrané bojové látky, například soman. Prověřují také jednu z nejtoxičtějších bojových látek vyvinutých Američany VX, popřípadě yperit. Co se týče sarinu, jedná se o hodně těkavou látku, která se netestuje. Je ale strukturně podobná somanu, nanokompozit by měl proto teoreticky bojovat i s ní.
Pokud jde o novičok, nikdo přesně nezná jeho pravou strukturu, protože se jedná o skupinu zahrnující několik látek, které byly vyvíjeny v Sovětském svazu v 70. a 80. letech minulého století. Nedokážeme stoprocentně říct, zda by prášek fungoval i na ni, spadá však do skupiny látek, na které působí.
Kdy si myslíte, že by mohl být prášek zaveden do komerčního využití?
To zatím nedokážu odhadnout, testování probíhalo i pro ministerstvo obrany, měli jsme také schůzku se zahraničními zájemci. Nejsme ale ve výzkumu tak daleko, že bychom měli vybranou firmu na spolupráci. Prášek umíme vyrobit laboratorně v několikakilovém množství, ještě ale nemůžeme prodávat patent či domlouvat produkci. A s aplikací prášku při čištění vody jsme opravdu teprve na začátku.
Nehrozí, že by byl prášek pro lidi škodlivý nebo nebezpečný pro životní prostředí?
Oxid titaničitý je látka, která se v přírodě vyskytuje i v zemské kůře, jedná se tedy o běžný minerál. Naleznete ho v krémech, zubních pastách či nátěrových barvách. Jediné riziko existuje, pokud byste vdechovali jednotlivé nanočástice, které se mohou dostat hluboko do plic.
Oxid sice připravujeme tak, aby byla zachována jeho nanostruktura, ale ve formě větších částic - mikroagregátů - rizikový není. Pokud na sebe však nanokompozit naváže toxické látky, do nějaké míry může jejich toxicitu zachovat. Protože je ale váže silně, neměl by je šířit dál.
Váš nanokompozit látky ale nejen silně váže, také je degraduje…
Ano, je to dáno aktivními místy na povrchu oxidu titaničitého, kterých je v jeho nanostrukturní podobě na povrchu více než v obyčejných makročásticích. Na těchto místech může docházet k silnější interakci s toxickou látkou, která povede jak k jejímu navázání, tak částečnému rozkladu na méně nebezpečnou. Oxid titaničitý navíc reaguje na světlo, díky kterému dokáže nebezpečnou látku rozložit úplně.
Další možné využití oxidů kovů? Výroba elektrické energie, biosenzory i dezinfekce
Co vás s kolegy vedlo k tomu, že oxid titaničitý může být ve své nanopodobě účinnější než v té makro?
Kolotoč kolem nanostruktur už je ve vědě dlouho známý. Pokud téměř jakékoli materiály zmenšíte do nanoměřítek, výrazně změní své vlastnosti. Na ústavu jsme se ale za použití dostupných průmyslových chemikálií zaměřili na jednodušší a levnější výrobu nanomateriálů.
U oxidu titaničitého jsme také zjišťovali, jak se mění jeho vlastnosti při kombinaci s jinými prvky a nanomateriály. V případě našeho prášku mu propojení s nanodiamanty pomáhá v několika směrech, třeba zlepšuje kapacitu navázat toxické látky. Optické, elektrické a povrchové chemické vlastnosti nanodiamantů navíc dělají celý proces rozkladu účinnější.
Jiří Henych (35)
Vystudoval ochranu životního prostředí, odpadové hospodářství a environmentální analytickou chemii na Univerzitě J. E. Purkyně v Ústí nad Labem. Na stejné univerzitě v současnosti vyučuje předměty chemie životního prostředí a instrumentální metody. Pracuje pro Ústav anorganické chemie Akademie Věd na Oddělení materiálové chemie, kde se věnuje především výzkumu nanostrukturních oxidů a nízkodimenzionálních systémů.
Do budoucna plánujete zkoumat další kombinace oxidů kovů a nanodiamantů. K jakému dalšímu použití by mohly sloužit?
Případně se dají využít i při přeměně světelné energie na elektrickou. Nanočástice oxidů kovů však musí být připraveny trochu jinak, například ve formě tenkých vrstev. Momentálně ale zkoušíme různé nanomateriály kombinovat, využití v energetice je tedy jen teoretické.
Momentálně zkoumáte také použití nanostrukturního oxidu ceričitého. Z jakého důvodu je tento výzkum důležitý?
Zjistili jsme, že oxid ceričitý působí proti pesticidům lépe než oxid titaničitý. Funguje ale také jako nanozym, což znamená, že má podobné vlastnosti jako enzymy v lidském těle. Uvažuje se tedy o jeho použití jako biosenzoru, nebo ke katalytickému odbourávání toxického peroxidu vodíku uvnitř buněk. Jedná se ale o high-tech aplikaci, která je teprve na začátku vývoje.
Na výzkumu proto spolupracujeme s univerzitou v Ústí nad Labem. Myslíme si taky, že by oxid ceričitý mohl působit antiviroticky, oxid ceričitý by mohl například narušovat virový obal a tím viry ničit. Proto zvažujeme, zda by byla možná i jeho aplikace jako dekontaminačního prostředku, například i proti koronaviru.
Z jakého důvodu jste se rozhodl věnovat výzkumu oxidů vybraných kovů ničících toxické látky, za který jste nakonec získal Wichterleho prémii?
Tématu se věnuji de facto od své diplomové práce, tedy asi deset let. Vždycky mě zajímaly environmentální technologie a světlo. Na Ústavu anorganické chemie AV je ale téma nanočástic oxidu titaničitého mnohem déle než já. Věnoval se mu můj školitel a já na jeho práci navázal i v rámci doktorátu.
Mezi lidmi funguje hysterie nevědomosti, expertům by se mělo důvěřovat
Při výzkumu jste působil na stáži ve švédské Uppsale, máte tedy srovnání se zahraničím. Co by se české vědecké instituce měly učit od praxe za hranicemi?
Na světovém žebříčku jsme asi kolem průměru, Západu se ještě rovnat nemůžeme. Není ale potřeba konkurovat v největších tématech, kde ani nemáme lidské kapacity. Jsme totiž výjimeční svou specializací. Se švédskou univerzitou v Uppsale spolupracujeme roky, a to proto, že ona kontaktovala nás.
Rozdíly jsou ale vidět například v internacionalizaci. Až na výjimky na akademické půdě moc cizinců není. Neměli bychom se zavírat do českého rybníčku, ale zpřístupnit se spolupracím i evropským grantům.
Kromě výzkumu také přednášíte o chemii životního prostředí. Čemu přesně se ve vašich lekcích věnujete?
Učím o látkách znečišťujících životní prostředí a o tom, co se s nimi děje v životním prostředí. Odjakživa mě zajímalo, jak se do přírody dostávají polutanty, co se s nimi děje a jak následné procesy ovlivňuje člověk. Nejvíce mě fascinuje znečištění vod či ovzduší a jakým způsobem proti němu bojovat. Například pomocí námi vyvinutého nanokompozitu.
Jak tedy hodnotíte současnou situaci kolem klimatické změny, kdy se na politické úrovni v pokroku posunujeme poměrně pomalu?
Je namístě tlačit na výzkum, který žene řešení tohoto problému dopředu. Myslím si ale, že bohužel záleží na poptávce spíše politické, nikoli společenské. Jednou z cest je proto dle mého názoru začít jednat na individuální a lokální úrovni.
Také se zavádí některá rychlá a globální opatření, jejichž dopady ale vždy ekologické být nemusí. Představuje se například elektromobilita, ale ještě není zcela vyřešena otázka, co budeme dělat s elektrobateriemi, které ke své výrobě navíc využívají vzácné kovy, jichž je nedostatek.
A čím si vysvětlujete šíření dezinformací kolem tématu globálního oteplování?
Mezi lidmi funguje také hysterie nevědomosti, měli bychom se proto více věnovat znalosti a vzdělání v oblasti životního prostředí. Vědeckým expertům by se mělo důvěřovat, jelikož jsou kritičtí a neřídí se politickými zájmy. Lidé věří jednoduchým řešením, která ale v tak komplexním systému, jako je životní prostředí, fungovat nebudou.
