Na podzim roku 2020 nebylo v Česku větší kauzy. Do Bečvy se dostalo při několika únicích velké množství toxických neznámých látek. Způsobily otravu a úhyn velkého počtu živých organismů na mnoha kilometrech řeky. Šlo pravděpodobně o kyanidy, ale s určitostí se to neví dodnes. Díky výzkumu českých vědců by podobná nejistota do budoucna mohla zmizet.
Ve chvíli, kdy mají ochránci přírody podezření na přítomnost konkrétní látky nebo sloučeniny v roztoku, by jim nově mohly pomoci inovativní nanovlákenné sorbenty pro kapalinovou chromatografii. Na jejich vývoji spolupracuje Fakulta textilní Technické univerzity v Liberci (TUL) s Farmaceutickou fakultou Univerzity Karlovy v Hradci Králové už několik let.
A pokrok ve výzkumu je patrný. „Velkou předností je to, že umíme jak výběr konkrétního polymeru pro výrobu nanovláken, tak samotný povrch nanovláken funkcionalizovat takřka na míru. Sorbenty z nich vytvořené pak na sebe vážou přesně tu látku či sloučeninu, jakou potřebujeme,“ uvedl k vývoji novinky pro tzv. extrakční metody v analytické chemii Jakub Erben z katedry netkaných textilií a nanovlákenných materiálů Fakulty textilní TUL.
Další výhodou je, že takto vyrobené sorbenty na sebe vážou požadovanou látku mnohem rychleji. Navázanou látku navíc také rychleji uvolňují, což je potřeba při následném průchodu vzorku kolonou do detektoru při metodě kapalinové chromatografie. Šetří tak laborantům čas při analýze vzorku. Navíc se v tomto kroku snižuje používání nešetrných organických rozpouštědel.
Levněji a snáze
A co není rozhodně zanedbatelné, jde o ekonomicky výhodnější variantu. Sorbenty vyrobené tímto způsobem jsou dvakrát až třikrát levnější než ty standardně prodávané. Jejich dalším plusem je i to, že nejsou tak náchylné na nešetrné zacházení, proto je práce s nimi v laboratoři jednodušší a přístupnější.
S nápadem na využití nanovláken v extrakčních metodách přišla Martina Háková z katedry analytické chemie Farmaceutické fakulty Univerzity Karlovy v Hradci Králové. Oslovila vědce z TUL a společně s Erbenem vytvořili meziuniverzitní tým mladých vědců, který po pěti letech spolupráce představil výsledný produkt.
„Hned od začátku nám bylo jasné, že tohle bude fungovat. Martina přinášela náhled z oblasti analytické chemie, byla zodpovědná za celkové testování a poskytování zpětné vazby. Já byl naproti tomu zodpovědný za materiálovou a technologickou část, samotnou výrobu sorbentů a jejich modifikaci podle přání Martiny,“ konstatoval Erben.
Jako optimální pro extrakční metody se ukázala směs mikro a nanovláken vyráběná unikátní patentovanou metodou. Erben ji vyvinul v rámci svého doktorského studia. „Je to metoda kombinující technologie meltblown s metodou elektrického zvlákňování. Mikrovlákna mají ideální porozitu a díky nim je dobře nastavena produktivita procesu extrakce vzorku. Nanovlákna zase zaručují vysokou extrakční účinnost,“ vysvětlil liberecký vědec, který se vývojem nanovlákenných materiálů zabývá sedm let.
Nejde ale o jediné výhody. „Kromě toho, že šetří čas, peníze i přírodu, tak velkou přidanou hodnotou našeho materiálu je také to, že může významně zvyšovat citlivost i výtěžnost celého procesu chemické analýzy za pomoci extrakce následované kapalinovou chromatografií,“ doplnila svého kolegu Háková.
Ocenění byznysem i vědci
V průběhu výzkumu docházelo k testování nejrůznějších roztoků. Vědci nejprve pracovali s vodou, která je z pohledu chemie jednoduchým roztokem. Postupně přešli k roztokům, jako je pivo, víno, mléko, moč nebo lidské sérum. Díky tomu zjistili, že nové sorbenty lze s úspěchem použít při zjišťování antibiotik v lidském séru, při analýze přítomnosti bisphenolu A v říční vodě nebo vysoce toxického ochratoxinu A v potravinách. Je tak možné s nimi pracovat při léčbě, při diagnostice i při vyšetřování ekologických havárií.
Úspěch vědců z univerzit v Hradci Králové a Liberci neunikl ani firmám. Aktuálně se proto dle Hákové jedná o uplatnění poznatků jejího týmu v komerčním sektoru. Ona díky výzkumu získala v roce 2021 ocenění Doctorandus za technické vědy udělované v rámci soutěže Česká hlava. A rok dříve získala za výzkum týkající se studia nanovlákenných polymerů pro aplikaci v analytické chemii prestižní mezinárodní cenu udělovanou Nadací Dimitrise N. Chorafase ve spolupráci s izraelským Weizmannovým vědeckým institutem.
Pozadu za ní v tomto směru nezůstává ani její kolega Erben. Na konci roku 2022 získal za své vědecké výstupy zaměřené na využití nanovláken v tkáňovém inženýrství a analytické chemii Cenu ministerstva školství. O tři roky dříve mu francouzská akademie věd udělila za nanokompozit pro umělý brzlík prestižní mezinárodní cenu Théophila Legranda pro mladé vědecké talenty.
