Nanovlákna mění svět k lepšímu: Využití nanovláken napříč obory

Nanovlákno je materiálem, který se díky svým výjimečným vlastnostem stal významnou součástí moderního průmyslu i vědeckého výzkumu. S tloušťkou v řádech nanometrů se řadí k nejjemnějším uměle vyrobeným vláknům na světě. 

Kromě neobyčejně malé velikosti se nanovlákna vyznačují i specifickými vlastnostmi, jako jsou vysoký povrch na jednotku hmotnosti, pevnost, pružnost nebo schopnost vytvořit struktury s extrémně malými póry. Díky tomu je lze využít v široké škále oborů od medicíny přes životní prostředí až po textilní a elektronický průmysl.

Jak se vyrábí nanovlákno?

Nanovlákna se nejčastěji vyrábějí metodou elektrostatického zvlákňování, známou jako elektrospinning. Tento proces spočívá v tom, že se roztok polymeru vystaví silnému elektrickému poli, což vede ke vzniku tenkých vláken. Metoda je výhodná pro výrobu velkého množství nanovláken, ačkoli existují i jiné technologie, jako je chemické zvlákňování nebo zvlákňování laserem, které se využívají pro specifické aplikace.

Vlastnosti nanovláken

• Povrchová plocha a poréznost: Díky neobyčejně malému průměru mají nanovlákna obrovský poměr povrchové plochy k objemu. Vytvářejí hustou strukturu, která dokáže zachytit i mikroskopické částice, což je klíčové při filtraci.
• Pevnost a pružnost: Nanovlákna mají schopnost odolávat vysokému zatížení a zároveň jsou velmi ohebná, což umožňuje jejich použití v různých mechanicky namáhaných aplikacích.
• Biokompatibilita: Některá nanovlákna jsou biokompatibilní, což znamená, že jsou vhodná k využití v těle. Tato vlastnost je důležitá zejména pro medicínu, kde se nanovlákna používají jako materiál pro implantáty.

Kde se nanovlákna využívají?

Díky svým vlastnostem nachází nanovlákna uplatnění v mnoha oborech:

Filtrace a ochranné prostředky

Nanovlákna se široce využívají v oblasti filtrace, a to jak vzduchu, tak vody. Jejich jemná struktura dokáže účinně zachytit i ty nejmenší částice, bakterie a viry. Tento typ filtrace je využíván v ochranných rouškách, respirátorech nebo v klimatizačních systémech, kde přispívá ke zlepšení kvality vzduchu v prostředí. Díky nanovláknům se zvyšuje bezpečnost ochranných pomůcek, což bylo klíčové během pandemie Covid-19.

Medicína a farmacie

V medicíně mají nanovlákna obrovský potenciál, a to zejména díky své biokompatibilitě a schopnosti ovlivňovat buněčnou strukturu. Používají se například jako podklad pro tvorbu nových tkání, kde slouží jako podpůrná struktura, na níž mohou buňky růst. Další významnou aplikací je jejich využití pro distribuci léků v těle – nanovlákna umožňují cílený transport léčiv na konkrétní místa, což zlepšuje účinnost léčby a snižuje nežádoucí účinky.

Textilní průmysl

V textilním průmyslu se nanovlákna používají pro zlepšení vlastností tkanin. Díky nim lze dosáhnout lepší odolnosti proti vodě, přitom však umožňují „dýchání“ materiálu. Tkaniny s nanovlákny se staly základem pro moderní outdoorové oblečení a ochranné pracovní oděvy, které poskytují ochranu proti bakteriím a nečistotám, aniž by omezovaly pohodlí a prodyšnost.

Elektrotechnika a energetika

Nanovlákna hrají důležitou roli i v oblasti elektroniky a energetiky. Používají se při výrobě baterií, zejména lithium-iontových, kde přispívají ke zlepšení stability a kapacity baterií. Další potenciální aplikací je využití nanovláken v solárních panelech, kde díky svým vlastnostem pomáhají zvýšit účinnost přeměny sluneční energie na elektřinu.

Životní prostředí

V ekologii mohou nanovlákna pomáhat při čištění vody od kontaminantů. Díky své schopnosti zachytit mikroskopické částice jsou využívána v technologiích na filtraci odpadních vod, kde dokážou zachytit i molekuly ropy nebo pesticidů. Přínosem je jejich schopnost čistit vodu bez použití chemických látek, což představuje ekologické řešení pro různé typy znečištění.

Kosmetika

Nanovlákna se začínají objevovat i v kosmetice, zejména v produktech určených pro regeneraci pokožky. Díky svým absorpčním vlastnostem jsou využívána k dodání aktivních látek, jako jsou vitamíny a hydranty, hluboko do vrstev pokožky. Použití nanovláken v kosmetických maskách a krémech umožňuje hlubší a dlouhodobější působení aktivních složek, což zvyšuje efektivitu péče o pleť.

Budoucnost nanovláken

Vývoj nanovláken stále pokračuje a očekává se, že jejich využití bude v následujících letech nadále růst. Vědci zkoumají další možnosti výroby nanovláken, které by byly ekologičtější a levnější. Kromě toho se pracuje na jejich využití v dalších oborech, jako je například potravinářství, kde mohou pomoci uchovávat potraviny déle čerstvé, nebo v automobilovém průmyslu, kde mohou zlepšit pevnost a odolnost materiálů bez zbytečného zvyšování hmotnosti.

Nanovlákna představují fascinující technologii s širokým potenciálem a jejich vývoj přináší nové možnosti pro mnoho odvětví.

Zdroje: Wikipedie, Nanospace, Elmarco