Když přicházíte k Ústavu makromolekulární chemie, osmipatrové prosklené budově na okraji sídliště Petřiny, najdete tu bronzovou plastiku "strom vědění", věnovanou slavnému českému chemikovi Otto Wichterlemu. Co větvička této velmi bohaté koruny, to číslo jednoho z patentů. V roce 1959 tento ústav založil a stal se jeho prvním ředitelem. Nejvíc ho proslavil vývoj měkkých kontaktních čoček z hydrofilního gelu, ale vynálezů má na kontě mnohem více.
Otto Wichterle, zvaný Wikov (podle názvu firmy jeho tatínka a jeho společníka, Wichterle-Kovařík), vtiskl Ústavu makromolekulární chemie podobu, které tu jsou v základu věrni dodnes. Fascinovaly ho polymery, tedy makromolekulární látky, sestávající z mnoha molekul, které jsou navzájem spojené v tak velkém množství, že se jejich vlastnosti dají takřka nekonečně pozměňovat přidáváním, odebíráním či pozměňováním jednotlivých částí.
Tušil, že skrývají potenciál, jak vyrábět nejrůznější materiály s širokou škálou požadovaných vlastností. A také chtěl, aby jeho objevy nezůstaly jen za dveřmi laboratoře, ale našly co nejvíce uplatnění v praxi. A to se mu také podařilo.
Kromě proslulých kontaktních čoček je autorem či spoluautorem téměř 150 mezinárodně uznávaných patentů od různých hydrogelových materiálů po jejich aplikace v očním lékařství (nitrooční čočky, umělý sklivec), další implantáty (například do hlasivek), materiály pro plastickou chirurgii, ale také třeba implantáty s propustnou membránou pro lokální terapii nádorů.
Hydrogel umožnil kontaktní čočky, nyní hojí rány
Polymer, který byl základem měkkých kontaktních čoček, byl později využit i při vývoji úspěšného přípravku HemaGel, jenž urychluje hojení ran včetně bércových vředů a popálenin. V současné době byl tento přípravek vyvinut i ve formě spreje (HemaCut Spray).
"Při vzniku poranění produkuje imunitní systém mimo jiné i škodlivé kyslíkové radikály, které podporují zánětlivý proces. Rozvoj zánětu v ráně prodlužuje její hojení. Oba přípravky obsahují protizánětlivé látky schopné vychytávat škodlivé kyslíkové radikály v ráně a převádět je na látky pro organismus neškodlivé, čímž hojení urychlují," vysvětluje Zdeňka Sedláková z Oddělení řízených makromolekulárních syntéz.
Umíme rozsvítit nádory
Na Wichterleho tu navazují i intenzivním využíváním polymerních materiálů v medicíně či farmacii. Ředitel ústavu Jiří Kotek zmiňuje například nosiče léčiv či nové materiály pro vyrábění umělých tkání. Tomáš Etrych z Oddělení biolékařských polymerů pak představuje diagnostické a terapeutické polymery. Ty diagnostické například umí zobrazit lékařům nádor v těle.
"Naše materiály umí označovat to, co mají chirurgové vyjmout. Zaměřujeme se na operaci nádorů, které naše polymery s fluorescenční sondou umí laicky řečeno ‚rozsvítit‘. V dnešní době je snaha při chirurgických zákrocích postupovat minimálně invazivně a velkou výhodou jsou pak pro chirurga možnosti přesné navigace pro znázornění toho, co se má v případě nádorové chirurgie odstranit," vysvětluje Etrych.
Polymery pomáhají léčit nemoci
Výzkumníci z petřinského vědeckého centra rovněž dokážou vyrobit ze svých polymerů i kulovité útvary podobné buňkám, takzvané polymersomy, které navíc vyrobí "na míru" dle zakázky od lékařů. "Jedná se v podstatě o váčky, které mají velikost, jaká je potřeba. Mezi jejich výhody patří i skutečnost že jsou jeden jako druhý," líčí Martin Hrubý z Oddělení nadmolekulárních polymerních systémů.
Jako jejich chloubu zmiňuje i polymery, které umí vychytat konkrétní kovy v organismu, které jsou nadějné v rámci nově vyvíjené strategie léčení patologického hromadění mědi (Wilsonova choroba) nebo železa (hemochromatóza) v těle.
V Oddělení polymerních membrán zase umí vyvíjet zjednodušeně řečeno filtry schopné oddělovat jednotlivé látky. Díky jejich pokročilým technologiím umí farmaceutické firmy separovat léčivé látky v čisté formě, která je mnohem účinnější než dosavadní směsi. Jak vysvětluje zdejší výzkumník Miroslav Otmar, lidé jich nebudou muset konzumovat tak velké množství. A v důsledku se jich bude objevovat mnohem menší množství v odpadních vodách.
"V lepším případě další přísady organismus nezatěžují, v horším případě mají nějaké vedlejší účinky, například poškozují žaludeční sliznici. V případě hojně používaných antidepresiv nebo antikoncepce má vysoká koncentrace léčiv v odpadních vodách neblahé účinky i na okolní prostředí," popisuje Otmar.
Jeho kolega Jan Žitka upozorňuje, že na principu polymerních membrán tady vytvářejí i tuhé elektrolyty do lithiových baterií, které by nahradily současné kapalné, jež mohou nejen vzplanout, ale i explodovat. "Takovéto nové baterie by měly být nejen bezpečnější a nehořlavé, ale také by měly mít větší kapacitu. Membrány jsou totiž velmi tenké fólie a výrazně se tak snižuje hmotnost baterie," říká.
Obří magnety i lasery
Když člověk prochází osmi patry Ústavu makromolekulární chemie, najde tu i velmi silné magnety. "Jsou stotisíckrát silnější než magnetické pole Země a musí být neustále chlazeny stovkami litrů kapalného helia a dusíku," líčí Martina Urbanová z oddělení NMR spektroskopie. Do těchto zařízení se umísťují malé kyvety (speciální nádobky) se vzorky, jejichž vnitřní struktura při rozlišení jednotlivých atomů se zkoumá. "V některých magnetech se tyto vzorky velmi rychle otáčejí, a to až čtyřicettisíckrát za vteřinu," doplňuje Urbanová.
Pozoruhodná proměna sci-fi myšlenek v realitu se odehrává také v podzemí, kde sídlí Oddělení polymerů pro elektroniku a fotoniku. Jeho vedoucí Jiří Pfleger mezi soustavami speciálních laserů vysvětluje, jak díky polymerním polovodičům může vzniknout televize tenká jako fólie nebo chytrá textilie se zabudovanou klávesnicí či pamětí.
Princip je v podstatě jednoduchý, jakkoliv neuvěřitelně zní: z polymerů schopných vést elektrický proud se vyrobí speciální "inkoust" a tím se tisknou funkční elektrické obvody včetně tranzistorů, diod a pamětí. "Dnes už je to čím dál tím více realita než sci-fi, ostatně televize, která se dá svinout jako plátno, se již prodává," upozorňuje Pfleger.
Polymerní materiály pro všední den
V suterénu se nachází také rozlehlé Centrum polymerních materiálů Otty Wichterle. Vyvíjejí zde a zkoumají materiály s řízenou strukturou a vlastnostmi. "K základním polymerům přidáváme další složky, jež jim dodají potřebné vlastnosti," vysvětluje Zdeněk Starý.
Předmětem jejich výzkumu jsou i chytré materiály, které mají schopnost reagovat na podněty z okolí - například na změnu teploty reagují skokovou změnou objemu nebo umějí také reagovat na změnu okolního chemického prostředí. "Vyvíjíme i 'samohojící' materiály, které se při poškození dokážou samy časem zacelit," doplňuje Starý.
A zabývají se i velmi naléhavým problémem, jak postupovat při recyklaci plastových odpadů, aby vznikl recyklát s potřebnými vlastnostmi pro konkrétní použití.
Na konci prohlídky se ocitáme již částečně mimo hlavní budovu. S Miroslavem Šloufem z Oddělení morfologie polymerů míříme nejprve k transmisnímu elektronovému mikroskopu, který například umí zviditelnit nanočástice pro léčbu nádorů. Za ještě větším a výkonnějším mikroskopem musíme zamířit ven do technického zázemí, kde stával traktor na sekání přilehlých trávníků. Mikroskop umí s maximální přesností provádět analýzu povrchů a prvkového složení polymerních materiálů nebo zobrazovat vnitřní strukturu polymerů ve vysokém rozlišení.
"Tohle je natolik citlivý přístroj, že ho jiné stroje v hlavní budově rušily svým elektromagnetickým polem. A tak musí být tady. Kam se přestěhoval traktor, který mu musel uvolnit místo, to netuším," uzavírá Miroslav Šlouf.
Více o jednotlivých pracovištích, výzkumu a vynálezech Ústavu makromolekulární chemie se dozvíte v podrobné fotoreportáži na začátku článku.
