Vlákenné nanomateriály

Chcete pracovat v týmu vynálezce Nanospideru: prvního zařízení pro průmyslovou výrobu nanovláken na světě? Zajímá Vás tkáňové inženýrství. Pak jste tu správně.

Zabýváme se výzkumem a vývojem nanovlákenných materiálů a nanokompozitů pro nejrůznější aplikace: nanofiltry s katalyzátorem  pro snížení emisí spalin, nanovlákna pro růst orgánů – tkáňové inženýrství, nanovIákna s lipozomy pro cílený transport léčiv, nanovIákna pro ukotvení bakterií  v čističkách vod…

nanospider

Jsme autoři světoznámého patentu na průmyslovou výrobu nanovláken

 Předávání ocenění Česká hlava prof. Jirsákovi

Naši pracovníci a studenti získali řadu mezinárodních ocenění

Přípravujeme vlákenné materiály s průměry vláken menšími než jeden mikrometr technikou elektrostatického zvlákňování (electrospinningu). Polymerní roztok nebo tavenina se samy organizují do formy nanovláken jen s pomocí elektrického pole. Z fyzikálního hlediska se elektrostatické zvlákňování podobá stromu neobvyklého tvaru. Vyrůstá z „kořenů” v tenké povrchové vrstvě polymerního roztoku (sloužící jako jedna ze dvojice elektrod) a pokračuje „kmenem” představovaným stabilní částí proudu polymeru. Následující bičující zóna proudu polymeru vytváří jednotlivé „větve” tohoto stromu. Jeho plody, tedy nanovlákna jsou zachytávána na druhé z elektrod spojené se zdrojem vysokého napětí. 

Tým laureáta České hlavy za rok 2006 profesora Oldřicha Jirsáka vyvinul Nanospider – první zařízení pro kontinuální průmyslovou výrobu nanovlákenných vrstev na světě, které bylo ve spolupráci s firmou Elmarco patentováno.

Na základě patentu jsme vyvinuli vysoce účinný zvukově pohltivý materiál využívající rezonanční princip nanovlákenné vrstvy tlumené pohltivou vlákennou vrstvou tak, aby se pohltilo co největší množství zvukové energie v širokém frekvenčním pásmu. Unikátní akustické vlastnosti nanovlákenných vrstev jsou dány velkým specifickým povrchem nanovláken, kde může docházet k viskózním ztrátám a také schopností nanovlákenné vrstvy rezonovat na vlastní frekvenci.

Vyvinuli jsme  vysoce účinné čistitelné filtry i speciální filtrační roušky z nanovláken pro lékaře. Filtrací rozumíme odstraňování pevných, nebo kapalných částic z proudu vzduchu, nebo kapaliny. Nanovlákna jsou pro tuto aplikaci vhodná ze tří důvodů:

  • mají velký měrný povrch vláken, na kterém jsou částice zachytávány. Pro příklad jeden gram vláken o průměru 0,1 mikrometru má zhruba povrch 30 m2, zatímco jeden gram klasického vlákna o průměru 10 mikrometru má plochu jen 0,3 m2
  • vzdálenosti mezi vlákny jsou malé, větší částice nemohou proniknout nanovlákennou vrstvou,
  • podmínky obtékání nanovlákna vzduchem (nebo kapalinou) jsou specifické. 

Nanovlákenné filtry jsou vhodné pro vysoce účinnou filtraci malých částeček, jako jsou například bakterie, viry, jemný prach, pyl, tabákový kouř… 

Zvlákňujeme biokompatibilní a biodegradabilní materiály pro aplikace v medicíně a tkáňovém inženýrství, připravujeme netradiční nanovlákenné materiály a nanokompozitní vlákna.

Tým profesora Davida Lukáše dokázal teoreticky popsat děje při elektrostatickém zvlákňování.

Výzkumná témata

  • zvlákňování nejrůznějších polymerů a tavenin. Příprava receptur zvláknovacích polymerních roztoků,
  • simulace pomocí celulárních automatů a Monte Carlo simulace kapilárních jevů pomocí modifikovaného Isingova modelu,
  • základní fyzikální popis a simulace elektrospiningu,
  • výroba uhlíkových nanovláken,
  • vývoj scafoldů pro tkáňové inženýrství,
  • inkorporace fulerenů a jiných nanočástic do nanovlákenných materiálů.